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Abastecimiento de Agua

CAPITULO I I I .- LINEAS DE CONDUCCION DEFINICIÓN Se llama " Línea de conducción " al conjunto integrado por tuberías, estaciones de bombeo y accesorios cuyo objetivo es transportar el agua, procedente de la fuente de abastecimiento, a partir de la obra de captación, hasta el sitio donde se localiza el tanque de regularización, planta potabilizadora o directamente a la red de distribución. Esta conducción, se puede efectuar de dos maneras, dependiendo de la ubicación de la fuente de abastecimiento con respecto a las obras de regularización. Si la fuente de abastecimiento se encuentra en un nivel topográfico arriba del tanque de almacenamiento, la conducción se realizara por gravedad, ya sea trabajando como canal (sin presión), o como tubo (a presión), siendo este ultimo el más común en las obras de abastecimiento de agua potable. Si la fuente de abastecimiento se encuentra a un nivel topográfico abajo del tanque de regularización, la conducción se realiza por bombeo. Podemos Clasificar las líneas de conducción en los siguientes grupos: 1. Por gravedad 2. Por Bombeo 3. Una combinación de ambas ( mixta ), ( Pág. 114) 3.1. Línea de Conducción por gravedad: Se presenta cuando la elevación del agua en la fuente de abastecimiento es mayor a la altura piezometrica requerida o existente en el punto de entrega del agua, el transporte del fluido se logra por la diferencia de energías disponibles. Las Líneas de conducción por gravedad Tiene dos variantes :  Por canales (sin presión), cuando la línea piezometrica coincide con la superficie del agua ( Figuras 3.1.a y 3.1.b ).  Por tuberías ( a presión ), cuando la línea piezometrica queda por arriba del lomo de los conductos ( Fig. 3.2.a y 3.2.b).

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a).- CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD CANALES. En estos casos el gradiente hidráulico coincide con la superficie libre del liquido que circula por ellos, ya que no tienen variaciones en su presión, sino que conservan la presión atmosférica. Lo que caracteriza a un canal abierto o cerrado es que el agua escurre a la presión atmosférica, es decir, que la línea piezometrica coincide con la superficie libre del agua. La elección de este tipo de obra depende de la disponibilidad suficiente de agua en la fuente, del clima, de la topografía, de la constitución geológica del terreno en que se va alojar y el tipo de cooperación ofrecida por la localidad respecto a mano de obra; pues como la conducción debe tener la capacidad suficiente para llevar el gasto máximo diario, el canal debe conducir un gasto mayor en previsión a las perdidas por filtración y evaporación (disponibilidad de agua, geología, clima). La influencia topográfica se acusa en la inaccesibilidad a la línea para llevar materiales hasta el sitio de su instalación, influye asimismo en el que el convenio para su ejecución de la obra se estipule como cooperación de la mano de obra de la localidad, esto posiblemente no reduzca el costo de excavación y relleno, pero si allana considerablemente la dificultad para encontrar mano de obra segura. Desde luego que una obra de conducción en estas condiciones, frustraría las medidas sanitarias tomadas al captar el agua, por lo que para preservarla de contaminación de aguas de terrenos adyacentes, de impurezas de la atmósfera y al mismo tiempo evitar la filtración y la evaporación debe revestirse el fondo y los taludes y cubrirlas con losas precoladas, tabiques, lajas, etc., estas proposiciones, aunque no se debe, pueden evitarse si en la planeación del sistema se ha considerado el tratamiento del agua en alguna forma al final de la conducción. Debe hacerse notar que por la naturaleza misma del escurrimiento (gravedad) y por razones de conservación, las pendientes son pequeñas, por lo cual es necesario desarrollar el canal cuidando que la velocidad no baje de limites mínimos, 50 cm.p.s para no provocar azolves, ni exceda del máximo (tierra arcillosa de 1 a 1.5 m.p.s., mampostería de 1.5 a 2.5 m.p.s, concreto de 2.5 a 3.5 m.p.s.) para no causar erosiones. Naturalmente que en ocasiones, en la localización del canal se intercalan caídas a rápidas, puentes-canales, pasos subterráneos (los llamados pozos invertidos) y túneles. ( Figura 3.1.b) Un canal cubierto demanda mayor inversión, pero evita la contaminación que es sumamente importante porque es congruente con el fin primordial de la ingenierita sanitaria en el manejo del agua para el consumo humano; evita además la evaporación, la infiltración y hace más simple el tratamiento. En el cálculo de canales las secciones empleadas son las de tipo trapecial, rectangular y semicircular. Aunque la más económica es la semicircular, la más practica y común es la trapecial. En general los canales se revisten de concreto armado, colado en el lugar de la obra, pero pueden ser de mampostería o de tierra.

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figura 3.1.a .- Sección hidráulica transversal de un canal revestido trapecial. La formula más comúnmente empleada para calcular el gasto es la de chezy con coeficientes de Manning o de Bazin; Q = Av ------------------------ Formula de continuidad V = c rs -------------------- formula de Chezy para velocidad. C = 1/n r1/6 ----------------- coeficiente de Manning C = 87/ 1 + m/ r -------- coeficiente de Bazin

Por lo que sustituyendo el coeficiente de manning y de Bazin en la ecuación de Chezy, se obtiene que: V = 1/n r2/3 s1/2-------------V = 87 r S1/2 / m + r1/2

formula para determinar la velocidad por Manning _____

formula para determinar la velocidad

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SECCION TRANSVERSAL DE UN CANAL TRAPECIAL. B d

t=½x1

b El área hidráulica se calcula con la expresión :

A = b x d + t d2

Donde: A = área b = ancho de la sección d = Tirante t = Talud

SECCION TRANSVERSAL DE UN CANAL RECTANGULAR

d

b Formula para calcular el área hidráulica del canal. A = bxd Donde:

A = Área hidráulica en m2 b = Ancho de la sección en m. d = Tirante en m.

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SECCION TRANSVERSAL DE UN CANAL CIRCULAR D

Formula para calcular el área hidráulica. A = ¶ D2 / 8 Donde:

A = Área hidráulica en m2 D = Diámetro de la sección en m.

Valores de n dados por Horton para ser empleados en las formulas de Kutter o Maning: Para Para Para Para Para

canales canales canales canales canales

en tierra, rectos y uniformes en roca, lisos y uniformes en roca salientes y sinuosos revestidos de concreto de mampostería con cemento

0.025 0.033 0.040 0.014 a 0.016 0.020 a 0.025

Valor de m: Para Para Para Para

canales de tierra paredes lisas, de concreto paredes de canto rodado o roca con salientes paredes mixtas

1.30 0.16 0.46 0.55

Debe aprovecharse al máximo la pendiente disponible pero siempre limitada por la velocidad máxima compatible con la erosión. Si se pasan estos valores se deben establecer saltos espaciados para perder altura. La elección del coeficiente de rugosidad debe fijarse en forma restrictiva suponiendo superficies más toscas de lo que son, previendo un desmejoramiento futuro, especialmente si los canales son pequeños. No debe olvidarse que en un canal descubierto únicamente pueden conducir aguas crudas por razones sanitarias.

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Línea de conducción por gravedad trabajando como canal y como tubería S = Pendiente hidráulica Cuando se tiene una línea de conducción por gravedad, con tubería de un mismo diámetro, puede presentarse el caso de que un mismo tramos trabajen a presión y otros como canal, parcialmente lleno, como se ve en la Figura 3.1á

Captación

“A”1

Gradiente Hidráulico en los tramos a presión “A”2 “A”3 Tanque

L Figura 3.1á En esos casos, para determinar el tirante real del agua dentro de los tramos “A1,A2 Y A3” (canal) podemos utilizar la formula de manning. V = (1/n) R(2/3) S(1/2) ; para lo cual procedemos por tanteos suponiendo inicialmente tirantes de tal manera que al igualar la formula de mannig con la fórmula de continuidad ; V = Q/A nos de el mismo resultado.

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Línea de conducción por gravedad mixta ( trabajando como canal y como tubería )

Cuando se tiene una conducción por gravedad, con tubería de un mismo diámetro, puede presentarse el caso de que unos tramos trabajan a presión y otros como canal, parcialmente llenos, como se ve en la (Fig.3. 1.b) Pág.114

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Ejemplo 1.- Diseñar la línea de conducción por gravedad ( canal) ; que transporta un gasto de 2.5 m3/seg. Por un canal de sección trapecial, de 1.50 m de plantilla, talud 1:1, pendiente del fondo del canal So = 0.0004 y un coeficiente de rugosidad de manning n = 0.017, encuentre la profundidad del flujo “d”. ³

Q = 2.5 m3/seg. b = 1.50 m S0 = 0.0004 n = 0.017m m = 1:1 Calculando el área del canal A = bd + ½ x d = bd 0.5 md2 ;si m = 1 A = bd + 0.5d2 Pero: Talud = m =

x entonces; x = md d

A = bd + 0.5 d2 P = b + d + d (1 + m2) 0.5 P = 1.5 + 2d (1 + m2) 0.5 P = 1.5 + 2.414d R=

Area A  Perimetro P

Sabemos que: Q = AV y V = 1/n r2/3S1/2 Q = A(1/n)(r2/3)

Qn  Ar 2 / 3 1/ 2 S 2 2.5 x0.017 2 1.5d  0.5d  ( 1 . 5 d  0 . 5 d )( )2 / 3 (0.0004 )1/ 2 1.5  2.414 d 0.0425  2.125 0.02

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1.5d  0.5d 2 2 / 3 ) 1.5  2.414 d

2.125 = ( 1.5d + 0.5 d2) (

por lo tanto suponiendo un d = 1.349

1.5(1.349 )  0.5(1.349 ) 2 2 / 3 ) 1.5  2.414 (1.349 )

2.125 = ( 1.5x1.349 + 0.5(1.349)2) ( 2.125 = ( 2.0235+0.9099) ( 2.125 = (2.933)(0.7245)

2.933 2 / 3 ) 4.756

2.12 = 2.125 por lo tanto el tirante propuesto es correcto. d = 1.349 m

figura 3.1.c.- Canal revestido de concreto con talud 1:1, de sección trapecial

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B).- CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD. TUBERÍAS. Para el proyecto de líneas de conducción a presión se deben tomar en cuenta los siguientes factores principales:  Topografía El tipo y clase de tubería por usar en una conducción depende de las características topográficas de la línea. Es conveniente obtener perfiles que permitan tener presiones de operación bajas, evitando también tener puntos altos notables.

 Afectaciones Para el trazo de la línea se deben tomar en cuenta los problemas resultantes por la afectación de terrenos ejidales y particulares. De ser posible se utilizaran los derechos de vías de cauces de agua, caminos, ferrocarriles, líneas de transmisión de energía eléctrica y linderos.  Clase de terreno por excavar (Geotecnia) En general, las tuberías de conducción deben quedar enterradas, principalmente las de asbesto cemento y PVC.  Cruzamientos . Durante el trazo topográfico se deben localizar los sitios más adecuados para el cruce de caminos, vías férreas, ríos, etc.  Normas de calidad y comportamiento de tuberías. Si el gasto disponible de la fuente es menor al gasto máximo diario que requiere la población, es necesario buscar otra fuente de abastecimiento complementaria para proporcionar la diferencia faltante. Tomando en cuenta que el tiempo de funcionamiento de la conducción por gravedad es de 24 horas, el gasto faltante se obtiene con la expresión :

Q=

24 T

( Qmd – Q

disponible

)

Donde Qmd es el gasto medio diario y T es el tiempo de funcionamiento del gasto ( Q) faltante en horas. En un sistema de agua potable por gravedad donde el gasto de la fuente de abastecimiento sea mayor o igual al máximo diario, no es necesario construir un tanque de regularización.

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Selección de la alternativa más viable Para un trazo definido de la conducción, después de haber encontrado el diámetro, el material más económico, y de haber probado varias alternativas de dispositivos de alivio, se selecciona la alternativa que mejor convenga desde el punto de vista hidráulico y económico. Es indispensable conocer las especificaciones de fabricación de las tuberías disponibles en el mercado, las pruebas de control de calidad, así como las recomendaciones para su transporte, manejo y almacenaje. Condiciones de operaciones más desfavorables. El cierre de una válvula al final de la conducción genera sobre presiones que son tanto mayores, cuanto más larga sea la tubería. Por esta razón, en cuanto a las sobre presiones más desfavorables es el caso de un cierre al final de la tubería. El cierre de una válvula intermedia genera sobrepresiones aguas arriba y depresiones aguas abajo. Depresiones se generan también con la apertura de una válvula al final de la conducción. Cual de los dos casos de depresiones es más desfavorable, depende de las características de cada conducción Los transitorios son tanto más violentos, cuando más rápido sea el cierre o apertura, y más alta la velocidad en la tubería. Una conducción por gravedad puede trabajar con diferentes gastos que se regulan por medio de la válvula de cierre ubicada al final de la tubería. El gasto máximo posible y con esto la velocidad máxima, se tiene con una válvula completamente abierta. No obstante, puede resultar que la sobrepresion máxima que acompaña el cierre de la válvula se produzca en una operación con gastos menores, como se explica a continuación. Conclusiones para el caso de una conducción por gravedad:  La sobrepresión máxima se produce con el cierre de la válvula al final de la conducción.  La sobrépresión máxima puede producirse con el gasto máximo en la conducción o gastos parciales si el tiempo de cierre es diferente en los dos casos.  La depresión máxima puede producirse con la apertura de la válvula al final de la tubería, con la apertura de una válvula intermedia. Las presiones máximas obtenidas se comparan con la resistencia de las tuberías. Sí éstas superan la resistencia de la tubería se busca la forma adecuada para reducirlas. La manera más sencilla consiste en hacer el cierre más lento. Para la mayoría de los tipos de válvula usados en condiciones de agua potable el efecto predominante se presenta al final del cierre. Por esta razón resulta efectivo un cierre en dos (o mas) etapas: un cierre rápido al inicio seguido por cierre lento al final. El cierre más lento o en etapas se realizan por medio de arreglos mecánicos especiales que se adicionan a las válvulas. Las sobrepresiones pueden ser reducidas también con válvulas de alivio o by-pass en las válvulas de cierre. Pág.118

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 METODOLOGÍA DE DISEÑO. Los pasos a seguir para el diseño de una línea de conducción por Gravedad trabajando a presión son: PASO 1: TRAZO PLANIMETRICO. Obtener un plano topográfico de la región, con curvas de nivel espaciadas razonablemente y, en su defecto, hacer estudios topográficos siguiendo distintas rutas en dicha región, que nos permitan estudiar el trazado que nos dé la línea de conducción más económica, o sea la más corta y de menor diámetro; generalmente este es el resultado de varios tanteos. La conducción sigue los accidentes del terreno y, si se usan tubos de asbesto-cemento o PVC, va enterrada en una zanja, como medida de protección contra los agentes exteriores. ( Figura 3.2.a). Los cambios de dirección, tanto en el plano horizontal como en el vertical, deben efectuarse por medio de curvas suaves, utilizando la deflexión que permite las uniones de los distintos tipos de tubos.

( Fig.3.2.a), conducción por gravedad trabajado a presión. PASO 2: TRAZO ALTIMETRICO Debe hacerse un estudio del trazado en un plano vertical, es decir, debe construirse un perfil de dicho trazado. Por medio de esta representación grafica podremos conocer los accidentes topográficos presentes y sus dificultades; las posiciones relativas de la tubería con el terreno y con relación a la línea piezometrica, etc. Debe tenerse especial cuidado de que la línea de conducción se encuentre siempre por debajo de la línea piezometrica.

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FIG. 3.2.b La (Fig. 3.2.b) muestra una conducción mal trazada, que tendrá presión negativa (vació) en los lugares que se encuentran sobre la línea piezometrica. Evidentemente, en los puntos C y D, en donde la línea piezometrica corta a la tubería, la carga de presión se iguala a la atmosférica. Si la velocidad del agua no es suficientemente grande, en el punto E se desprenderá el aire que lleva siempre disuelto el agua, con mayor facilidad que el caso que ya hemos estudiado antes, en que la línea piezometrica esta por encima de la tubería en un punto alto. Además, el aire puede entrar por las juntas imperfectas de la tubería entre los puntos C y D. Este aire modificará la línea piezometrica pasara de la posición HF a la HE. Como el gasto que circula por toda la tubería es el mismo, la línea piezometrica en su parte inferior tendrá que ser paralela a HE y, por tanto, la tubería entre E Y G estará sometida a la presión atmosférica y no trabajara a sección llena. Aunque se puede dar solución a este problema colocando en el punto E una bomba de vació para extraer el aire y mantener el grado de vació existente, será preferible evitarlo buscando mejores trazos de la línea de conducción, siempre que esto sea posible. Las tuberías que pasan sobre la línea piezometrica reciben el nombre de sifones. Si en el perfil del terreno natural aparece depresiones muy profundas, puede ser económico colocar Cajas Rompedoras de Presión (Fig.3.2.c), que tiene por objeto romper la línea piezometrica, lo que dará lugar a tuberías de menor espesor y por consiguiente, de menor costo.

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( Fig. 3.2.c) Nota: El deposito intermedio será una Caja Rompedora de Presión Sabemos que la clase de tubería a usar está determinada por la presión a que se encuentre sometida y ésta ultima depende de la distancia entre la tubería y la línea piezometrica.  CALCULO HIDRÁULICO: Una vez estudiado el trazo planimétrico y altimétrico de la conducción, se procede a calcular su diámetro. El diámetro probable de una línea de conducción se puede determinar por las expresiones ( 1 y 2 ) Diámetro Teórico = D = ( 3.21 Qn/ S1/2 )3/8

__________

(1)

Donde : Q = Gasto en m3 p.s. D = Diámetro del tubo en m. n = Coeficiente de rugosidad S = Pendiente hidráulica = Desnivel topográfico / Longitud de la línea = Hf / L

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o también aplicando la expresión: Diámetro Teórico = D = 1.2 a 1.5 Q

1/2

_______________

(2)

Donde: D = Diámetro Teórico en pulgadas Q = Gasto máximo diario en m3/seg. Para sistemas de abastecimiento de nivel rural se tomará 1.2 Para sistemas de nivel urbano se tomará

1.5

Para calcular la pérdida de carga por fricción aplicaremos la ecuación de Manning, la cual procederemos a deducirla, partiendo de la velocidad por medio de manning y de la ecuación de continuidad. V=

1 2/3 1/2 . r .s n

y de que Q = V.A Sustituyendo el valor de la velocidad: Q= A.

1 2/3 1/2 r .s n

Si: A =

¶ D2 4

Perímetro =¶D

¶ D2 1 2/3 1/2 Q= . . r .s 4 n ¶ D2 D Pero: R = 4  ¶D 4

Q=

0.785 D 2 D 2 / 3 1/2 . 2 / 3 .S n 4

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Q=

0.785 D 2 D8 / 3 1/2 .S . n 2.51

Q = 0.31D3/8.S1/2 Despejando la pendiente: S= (

Q.n 2 ) 0.31D8 / 3

10.24Q 2 .n 2 S= ; D16 / 3

hf L

=

10.24.n 2 2 Q ; D16 / 3

sabemos que : s =

pero :

hf L

10.24n 2 D16/ 3

Despejando La pérdida de carga por fricción se tiene: Hf = K. L. Q2 Fórmula que nos permite calcular las pérdidas de carga por fricción por medio de manning. Donde : hf = Pérdida por fricción, en metros. L = Longitud de la tubería, en metros Q = Gasto de conducción, en m³/seg. K = Constante cuyo valor se obtiene de la tabla 3.1.2 de la pagina 165, entrando con el valor del coeficiente (n ) de rugosidad de Manning y con el diámetro comercial.  SECUELA DE CALCULO. 1).- Si se parte del principio de que el diámetro económico es aquel cuya pendiente de su gradiente hidráulico , sigue la pendiente topográfica sin clavarse en el terreno y sin alejarse demasiado del mismo, se puede establecer que : S= H/ L ; valores conocidos S = K. Q2

donde K= S/Q2

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El valor de " K " calculado, puede corresponder o no a un diámetro comercial para lo cual se debe recurrir a la (Tabla 3.1.2 pagina 165), donde ya se tiene tabulados los valores de " K " para diferentes diámetros y condiciones de rugosidad ( n). Si al buscar en ésta el valor calculado coincide con uno de la tabla, el diámetro se tendrá como único. En caso contrario, deberán adoptarse los valores inmediatos superior e inferior que corresponden a otros tantos diámetros, continuando con el proceso para calcular L1 y L2. 2).- Con los valores de K1 y K2 encontrados en la tabla respectiva se determina.

L1 =

H - K 2 .L.Q 2 Q 2 K 1 - K 2 

;

L2 =

H - K 1 .L.Q 2 . Q 2 .K 2  K 1 

3).- Finalmente se calculará las pendientes hidráulicas, por las expresiones: S1 =

H L1

;

S2 =

H . L2

H = Diferencia de energía disponible entre la cota de la fuente de abastecimiento y la cota del terreno natural en donde se localiza el tanque de regularización. S1 y S2 = Pendiente de los gradientes hidráulicos, en los tramos L1 y L2 de diámetro Ø1 y Ø2. 3.1.1.- MATERIALES. 3.1.1.a. TUBERÍAS : La gran mayoría de las conducciones para agua potable, están formadas por tuberías prefabricadas; solamente en casos especiales y para grandes caudales se fabrican en el sitio. Según la presión a la que se conduce el agua, así es el tipo y material de la tubería seleccionada; en general se emplean tuberías de concreto, Fibrocemento, acero, polietileno ( PVC), Tubacero, extrupak, fierro galvanizado y fierro fundido.  Tuberías de concreto La tuberías de concreto pueden ser simples o armadas; las primeras se emplean para aguas sin presión y hasta diámetros de 0.60 m ; las segundas para diámetros mayores de 0.60m y cuando se conduce agua a presión. El refuerzo puede consistir en varillas de acero colocadas en anillos individuales o corridas como resorte para absorber los esfuerzos en tensión, que van apoyadas en otras varillas longitudinales que al mismo tiempo que sujetan el esfuerzo principal, absorben los esfuerzos longitudinales debido a cambios de temperatura, flexión y manejabilidad. Pág.124

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Para altas presiones y con objeto de disminuir al máximo las filtraciones, el refuerzo puede ser un tubo formado por placa de acero. La durabilidad de la tubería de concreto es de unos 75 años. Con la edad disminuyen los coeficientes de fricción en la formula de Hazen – Williams, se puede suponer de 130 al principio, de 110 después de 10 años de uso, 100 a los 20 y 80 en los siguientes. La velocidad recomendada para evitar erosión y grandes perdidas por fricción en esta clase de tubos varía de 1.00 a 1.50 m/seg. Las uniones en tuberías de concreto simple son a base de macho y campana, junteada con mortero y colocadas de tal manera que el agua circula con respecto al tubo, en el sentido de campana a macho. En las tuberías reforzadas, la unión puede ser también a base de macho y diámetros, según los espesores, se emplea el mismo tipo de junta pero con apariencia continua, tanto en el interior como en el exterior.  Tuberías de asbesto – cemento El asbesto cemento ha venido usándose con ventaja sobre gran parte de otros materiales por resultar tuberías con costos relativamente bajos, rápida y fácil colocación y mínima necesidad de conservación, además de presentar la ventaja de poderse cortar y perforar con suma facilidad, no obstante a su alta resistencia. Se construyen en longitudes de 4 m. para diámetros de 76 mm ( 3”) hasta 914 mm (36 “) y en cuanto a tipos de nominados A-5, A.7, A-10 y A-14 indicando el número la presión de trabajo en atmósferas. La velocidad recomendable varía de 0.60 m/seg en los diámetros más chicos hasta de 1.50 m/seg en los diámetros mayores. La durabilidad de estas tuberías se estima entre 75 y 100 años.  Tuberías de acero. Este tipo de tubería se recomienda en los casos de conducción de agua a elevadas presiones y para velocidades hasta de 5 a 6 m/seg para lograr diámetros menores y por lo tanto mayor economía. También se emplea, en pequeños tramos, en combinación con tuberías de otros materiales cuando se trata de soportar cargas y esfuerzos interiores y exteriores más elevados que estas no puedan soportar. Los tubos están formados por placas de acero remachadas o soldadas, prefiriéndose actualmente este último sistema. Los tubos de acero se fabrican con diámetros desde 4.5 pulgadas (114.3 mm) hasta 48 pulgadas (1219 mm) . Su producción está sujeta a un estricto control de calidad que toma en cuenta las normas D6N-B–177 y B-179-1978. Las tuberías de acero son recomendable

para líneas de conducción cuando se tienen altas presiones de trabajo

La unión entre tubos se efectúa a tope con soldadura o usando bridas. La brida consiste en un anillo con ceja perimetral, soldado o atornillado en los extremos del tubo, cuyo diámetro interior es igual al diámetro exterior del tubo. La ceja contiene perforaciones que se hacen coincidir con las perforaciones de la brida del tubo siguiente para fijarse con tornillos. Entre las bridas se colocan empaques de hule o plomo para evitar las fugas. Pág.125

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La durabilidad de estas tuberías se estima entre 25 y 50 años. De acuerdo con su edad, varían los coeficientes de fricción, recomendándose en la formula de Hazen - William 135 cuando es nueva y 100 para sus últimas etapas. Aún cuando estas tuberías el diámetro puede ser cualquiera, es conveniente apegarse a los diámetros comerciales por razones de economía.  Tubería de polietileno La tubería plástica de cloruro de polivinilo (P.V.C), se está empleando con grandes ventajas para conducción de agua potable . Es muy resistente a la acción de diversos productos químicos; no imparte olores ni sabores al agua; su poco peso facilita su transporte y colocación. Ofrece poca resistencia al escurrimiento. Se le estima una vida útil de 50 años. 3.1.2.- ESPECIFICACIONES En la fabricación de tuberías utilizadas en los sistemas de agua potable, las especificaciones de resistencia a la presión de trabajo es fundamental . La tubería de PVC hidráulica Duralón se puede clasificar según el sistema de dimensionamiento, la presión de trabajo y el tipo de unión que usa. Clasificación por Sistema de dimensionamiento. La base de esta clasificación son el tipo de sistema que se usa, ya sea Serie Inglesa o Serie Métrica. 3.1.a.- Serie Inglesa (SI). Se basa en tuberías cuyas especificaciones originales son de EE.UU. normalmente de la American Society for Testing and Materials (ASTM –Asociación Americana para Pruebas y Materiales). Una característica importante es que el diámetro nominal (DN) no corresponde al diámetro externo (DE) ni al diámetro interno (DI). Mantiene constante el DE para los diferentes espesores de pared (e), por lo que el diseño del tubo se basa en esta característica. Este tipo de tubería de PVC fue de las primeras en comercializarse en México. Se mide en pulgadas expresadas en milímetros. 3.1.b.- Serie Métrica. Las especificaciones originales para este tipo de tuberías proceden de la International Standars Organization ( ISO – Organización Internacional de Normas ). En este caso el DN corresponde al DE. Al igual que la tubería de Serie Inglesa mantiene constante el DE a diferentes espesores de pared. Se mide en milímetros. NOTA. los diámetros de los dos tipos de tuberías no coinciden dimensionalmente por lo que no se pueden hacer uniones directamente, sino mediante el uso de una transición.

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3.1.C.- CLASIFICACIÓN POR Clases, RD´s y Cédula. Una segunda clasificación muy usada depende de la presión recomendable de trabajo (PT) y según el sistema de dimensionamiento se pueden clasificar en Clase, para la Serie Métrica, RD´s y Cédula para la Serie Inglesa.

3.1.a.- Relación de Dimensionamiento ( RD).

El RD se define como el cociente de dividir el diámetro externo promedio entre el espesor mínimo de pared. La siguiente figura ejemplifica dicha relación.

emin.

RD  DEprom

DEprom e min

Esta unidad de clasificación es utilizada en las tuberías de PVC de la serie Inglesa. El siguiente cuadro presenta los RD´s más comerciales con las respectivas presiones recomendables de trabajo.

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Cuadro 3.1. características de la tubería de PVPC sistema Ingles.

y las presiones de trabajo recomendables

3.1.1.b.- Clases. Para la Serie Métrica la clasificación se hace por clases; la clase corresponde a la presión recomendable de trabajo de la tubería, de este modo una tubería clase 10 soporta una presión recomendable de 10 Kg/cm2, una clase 7, soporta 7 Kg/cm2, etc. El diseño de la tubería también se basa en la relación que existe entre el espesor de pared y el diámetro externo del tubo. Dándole un espesor de pared necesario al tubo respecto a su diámetro dependiendo de la presión que va a soportar. El cuadro 3.2. muestra las clases de tubería comerciales en México con su respectiva presión recomendable de trabajo.

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Cuadro 3.2.- Características de la tubería de PVC Sistema Métrico

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3.1.2.- Cédulas. La tubería clasificada por cédulas cumple con las dimensiones de la tubería de fierro galvanizado ( Fo. Go.). La presión recomendable de trabajo es variable, dependiendo del diámetro, ya que depende de la relación entre el diámetro y el espesor. Las Cédulas existentes son:  Cédula  Cédula  Cédula

40 80 120

3.1.3. Clasificación por el tipo de unión: Esta clasificación esta basada en los tipos de unión mayormente usados en tuberías de PVC para agua potable, a continuación se describen brevemente: Unión Anger: Esta unión también es conocida como unión espiga – campana. Los tubos por un lado tienen una campana conformada con un nicho donde se aloja un anillo empaque de material elastomérico el cual hace el sello hermético; por el otro lado tiene la espiga. La unión se muestra en la figura 3.1.3.a.

figura 3.1.3.a.- Unión Anger utilizada en la tubería mostrando las partes que la conforman

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Unión bridada: Es utilizada principalmente para hacer uniones con piezas de fierro fundido ( Fo. Fo), válvulas de compuerta, medidores de gasto y bombas de agua. Consiste de piezas unidas de PVC con dimensiones estándares ( figura 3.1.3.b y 3.1.4.c).

( figura 3.1.3.b).- Unión Bridada de tubería de PVC.

Figura 3.1.4.c Pág.131

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Unión Roscada : Utilizada para unir PVC con Fo Go, válvula roscada, válvula de aire, liberadora de presión, etc. Las roscas son del tipo NPT (Tiper Pipe Thread). Regularmente a la tubería se le cementa un adaptador macho o hembra roscada ( los tubos cédula 40, 80 y 120 pueden ser roscados con “ tarraja” de igual manera que los tubos de Fo Go, sobre todo los diámetros pequeños). Otras Uniones: Para tuberías de PVC cuyo diámetro vaya desde 355 mm (14”) hasta 630 mm ( 24”), las uniones con piezas de Fo Fo se hacen mediante juntas mecánicas también de Fo Fo. La figura 3.1.1.d, muestra la unión con junta mecánica. Tubería Extru-pak.- Es un sistema de tubería constituido por polietileno PE-3408 EXTRU-PAK posee el grado más alto de resistencia a la abrasión, se utiliza para el suministro de agua potable en líneas de conducción de grandes diámetros y grandes longitudes. Se dan las especificaciones de dicha tubería (figura 3.1.5d) CARACTERÍSTICAS

Figura 3.1.5.d.- Tubería Extru-pak Pág.132

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CONDICIONES DE ZANJA EXTRU-PAK es un sistema que puede operar sin encamado ni material de compactación, esto hace que su construcción sea más sencilla y económica. Por otro lado, los perfiles de excavación son 60 % menores a los sistemas convencionales y no se requiere el uso de atraques.

Figura 3.1.6e.- Excavación de zanja para alojar la tubería SISTEMAS DE UNION POR TERMOFUSIÓN El sistema de unión por termofusión es una de las características que nos diferencian fuertemente de otros sistemas convencionales. Esto consiste en calentar los extremos de dos tubos durante un tiempo determinado y unirlos con cierta presión. La unión se da al compenetrarse ambas caras del tubo formando una misma pared (la pared del tubo tiene una orientación molecular linear, después del proceso de termofusión, las moléculas se conforman en una orientación axial que la hace aún más sólida). Pág.133

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FACILIDAD DE MANEJO Al comparar tuberías similares se encontró que EXTRU-PAK pesa 8 veces menos que el acero (cédula 40) y 3 veces menos que el asbesto cemento.

COMPRESIBILIDAD

EXTRU-PAK es el único material capaz de comprimirse por medio de una prensa hasta interrumpir su flujo. Esto permite que se hagan reparaciones en línea viva sin tener que afectar a otros usuarios que se benefician con el sistema. Esto puede hacerse en repetidas ocasiones y siempre recupera su forma original.

Figura 3.1.7.f.- Prueba de aplastamiento tubería extru-pak.

SEGURIDAD. Los márgenes de seguridad que presenta EXTRU-PAK son mayores que aquellos del PVC o Asbesto Cemento. Su resistencia mecánica le permite soportar todo tipo de impactos sin estrellarse. La unión por termofusión también impide fugas que en algún momento causen desperdicio o sean peligrosas. En pruebas de laboratorio el material de EXTRU-PAK es capaz de elongarse en un 400%. Esto reafirma la capacidad de soportar impactos y opresiones.

TIPOS DE INSTALACION

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UNION DE SILLETA

1.- Se coloca el calentador entre el lomo del tubo y la cara de la silleta. Esto se hace durante el tiempo especificado.

2.- Se retira el calentador y se pega la silleta al tubo presionando hasta que pasa el “tiempo de enfriamiento.”

UNION DE SOCKET

1.- Se coloca la pinza y el anillo frío en el extremo de la tubería para que funja como tope.

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2.- Se embona el calentador entre el extremo de la tubería y la conexión presionando durante el “tiempo de calentamiento”.

3.- Se retira el calentador introduciendo la tubería en la conexión hasta llegar al tope, luego se sostiene hasta que pase el tiempo de enfriamiento”. UNION A TOPE

1. Se coloca la tubería en el carro alineador y se escuadra.

2.- Se unen los extremos de la tubería al calentador aplicando presión hasta que se forme un anillo de material fundido.

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Al formarse dicho anillo se inicia el “tiempo de calentamiento” especificado.

3. Se retira el calentador y se juntan los extremos aplicando presión suficiente para alcanzar la unión.

APLICACIONES MINERIA Problema: Abrasión y Suelos difíciles. Solución: Por estar constituido con polietileno PE-3408 EXTRU-PAK posee el grado más alto de resistencia a la abrasión. 10 veces más que el acero. EXTRU-PAK se adapta al terreno: los tramos de su tubería son altamente flexibles y se van armando de acuerdo a la topografía permitiendo un fluido en cualquier tipo de suelo.

CONSTRUCCIÓN Problema: Fugas de agua y gas, Altos costos de excavación Solución: EXTRU-PAK es 100 % impermeable. Resulta imposible cualquier fuga. Su exclusiva unión por termofusión refuerza su infalible hermeticidad. Total resistencia a cualquier agente químico. Para instalar EXTRU-PAK no se requiere excavar hasta el centro de la tierra. Los perfiles de excavación son 60 % inferiores a los especificados por A.C. y P.V.C., por lo que reduce los presupuestos de obra terminada hasta en un 25 % INDUSTRIA EN GENERAL Problema: Diversas dificultades en tiempo, economía y seguridad. Solución: Ventajas exclusivas de EXTRU-PAK: Fácil manejo por su ligereza, 0% de fugas. No se corroe. No acepta incrustaciones.

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nulo mantenimiento. No le afectan los 170 productos químicos más comunes. Gran longevidad. Compatible con otras tuberías. Optima asesoría y capacitación al instalar EXTRU-PAK.

ANÁLISIS COMPARATIVO PESO ESPECIFICO RESISTENCIA AL IMPACTO

VENTAJAS DE CONTRUCCION PVC ASBESTO 1.040 KG/CM3 2.080 gr/cm3 85 kg/cm2 19 Kg/cm2 máximo. máximo. A un mayor Se requiere de impacto, Extremo cuidado El tubo sufrirá fracturas

EXTRU-PAK 0.958 gr/cm3 85 kg/cm2 máximo. No sufre fracturas Ni deformaciones.

ALMACENAMIENTO Debe estar bajo techo RESISTENCIA AL Al ser aplastada APLASTAMIENTO más Del 60 % de su diámetro Se afectan sus propiedades

Puede estar a la intemperie. Al ser aplastadas más del 3% de su diámetro se deforma.

ACCESIBILIDAD DEL PRODUCTO INSTALACIÓN

Fábrica y distribuidores

Puede estar a la intemperie. Al ser aplastadas al 100% de su diámetro se recupera normalmente, sin afectar sus propiedades físicas. Fábrica y distribuidores

Mucha mano de obra para excavación.

Muy poca mano de obra para excavación.

Maniobras de tendido de zanja necesarias.

Sin maniobras de tendido de zanja

Fábrica, distribuidores Y ferreterías Poco mano de obra para excavación. Maniobras de tendido de zanja necesarias. Junteo de zanja. Plantilla necesaria. Relleno material de banco necesario. Atraque necesario. Compactado total.

Junteo de zanja. Plantilla necesaria Relleno material de banco necesario.

Sin junteo de zanja. Sin plantilla (opcional) Sin relleno material de banco.

Atraque necesario. Sin atraque (opcional) Compactado total. Compactado total.

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LINEA DE PRODUCTOS      

Tubería de Polietileno 3408 de ½” a 36” Tubería de Polipropileno PP1208. Tipo I y II de ½” a 14” Tubería de Gas 2306 y 2406 de ½” a 8” Tubería de Riego Tubería para conducción de fibra óptica. Productos Agropecuarios Bauku.

SERVICIO TÉCNICO a) Accesoria hidráulica b) Instalación de Tubería PRODUCCIÓN DE CALIDAD Estos productos cuentan con los estándares mundiales y nacionales de ISO-9002, ASTM, AWWA, ISO 161/1, IMTA.

Todo un sistema para conducción de fluidos a presión; a toda prueba Extrupak es un revolucionario sistema de conducción que permite obtener increíbles ventajas tanto en su manejo e instalación como en las propiedades físicas y químicas que lo conforman. Esto lo hace superior a cualquier sistema convencional y lo garantiza por un largo tiempo. El sistema fue creado en Alemania de donde se expandió a los Estados Unidos y más tarde fue introducido a México con gran éxito por Extrumex, S.A de C.V., siendo ésta una empresa del Grupo Protexa.

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Gran Parte de las ventajas de EXTRU-PAK conducen hacia ahorros considerables en la construcción e instalación. Al tener un sistema que se instala con mayor rapidez y que a su vez requiere de menos esfuerzo y materiales de construcción, lógicamente obliga a que los gastos del equipo y la mano de obra mucho menores, que igual a otros tantos insumos se vuelven innecesarios.

Figura3.1.3.g.- Tubería de Extru-pak en línea de conducción.

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TUBERÍA DE FIBROCEMENTO CLASE “A” DIÁMETROS DE 100 A 2000 MM Tubería para conducción de abastecimiento de agua a presión PRINCIPALES VENTAJAS •

LARGA VIDA DE SERVICIO

Se tienen en la República Mexicana tuberías de fibrocemento de más de 50 años de operación en perfectas condiciones. •

RESISTENTE A LA PRESION HIDRAULICA INTERNA

El método de curado natural de inmersión de agua en depósitos debidamente controlados y el uso de cemento Portland Tipo 11< resistente a los sulfatos ), permiten obtener gran resistencia mecánica, garantizando ampliamente los valores exigidos por la Norma NMX-C12 vigente, lo cual queda indicado en la tabla 2.

Para la prueba de campo, ver tabla 1. PRESION DE PRUEBA EN OBRA TABLA 1

1 A 2 HORAS

CLASE

K /cm 2

Lb/pul

5

7.5

107

7

10.5

150

10

15.0

214

14

21.0

300

20

30.0

428

•

RESISTENTE A LA CORROSION Garantizadas por la alta calidad de sus materiales y la estrecha supervisión en el proceso de fabricación.

•

MINIMO MANTENIMIENTO El empleo de la tubería Eureka ha mostrado en la práctica que requiere un mínimo costo de mantenimiento.

•

INMUNE A LA ELECTROLISIS No siendo metálica, la tubería de fibrocemento es inmune a los efectos destructivos de los fenómenos electrolíticos.

•

MENOR COSTO TOTAL Comparativamente, el costo de suministro, más el de instalación, más el de conservación de la tubería Eureka, resulta ser menor que el de otras.

•

FLUJO CONSTANTE La superficie interior de los tubos Eureka es tersa. El coeficiente de rugosidad para la fórmula de Manning es de n = 0.01 0; y para la fórmula Hazen Williams, C = 140.

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Abastecimiento de Agua

•

FACIL INSTALACIÓN Su poco peso y su sistema de acoplamiento, no hace necesario el empleo de equipo especial para su instalación; la cual se hace rápidamente con el trabajo de pocos operarios. Las tomas domiciliarias se conectan directamente a los tubos, o bien, por medio de abrazaderas metálicas. TABLA 2 Resistencia a la presión hidrostática interna NORMA NMX- C-12-94

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CARACTERÍSTICAS GENERALES DE TUBERÍAS QUE UTILIZAN EN OBRAS DE AGUA POTABLE. TIPO DE TUBERÍA Y NORMAS

DIÁMETRO NOMINAL EN MM.

ASBESTO CEMENTO

50,60,75,100,150,20 0, 250,300,350,400,45 0,500,600, Y 750.

DGN C – 12 – 1960

LONGITUD DEL TUBO EN M. 4Y5

CLASE DE TUBERÍA Y PRESION DE TRABAJO. A – 5, A – 7, A – 10, Y A – 14 que corresponden respectivamente a 5, 7, 10, y 14 Kg / cm2.

ABASTECIMIENTO DE

PRESION DE PRUEBA EN FABRICA Y EN OBRA. KG./CM2 En fabrica, 3.5 veces la de trabajo. En obra 1.5 veces.

FABRICANTES

Asbestos DE México S.A. Productos Mexalit, S.A. Asbestos Monterrey S.A. Tubería, S.A. Monterrey, N.L.

ACERO a) Lisa soldada 4.88 A 7 DGN 8 – 184 – 1973 API, ASTM – 120 – 53 b)

Sin costura

DGN. 8 – 177 – 1973 API, ASTM – 120.

114.3,168.3,219.1,2 73, 323.8 , 355.6 , 406.4 , 457.3 , 508 , 558.8 , 609.6 , 660.4 , 711.2 , 812.8 , 863.6 , 914.4 , 1067 Y 1219. 5a7 7 a 12

c) Galvanizada DGN8.10 Tipo A ASTM - 120

42.2 o aun mas de 4572 terminados en caliente. Estirados en frío de 5 hasta el más indicado en norma.

CONCRETO a) Tipo Comecop Pretensado (Ptes. Francesas)

, , , ,

En fabrica de acuerdo con su espesor y diámetro.

Grado B, x – 42 , x – 52 , x – 56 , x – 60 y x – 65.1265 , 1476 , 1772, 1940, 2193, 2362 , 2531 y 2742 (presión de diseño) En fabrica a 100 kg/ cm2. En obra 2.0 veces la de trabajo.

Se puede probar según exigencias proyectos. En obra 1.25 veces la presión de trabajo.

4,6,8,10,12,14,16,1 8, 20 y 22 kg / cm2 Se prueba en fabrica a 1.10 a 1.25 la de trabajo. En obra, 1.10 la de trabajo.

Tipo Lock Joini

I – Reforzado SP – 1 Y 16, AWWA – C302

Aceros Alfa Monterrey, S.A.

Cedula 40

9.53 , 12.7 , 25.4 , 31.8 , 50.8 , 63.5 , 101.6 ,

7

b)

Tubos de acero de México , S.A. (TAMSA). Veracruz, ver.

Compañía Mexicana de Tubos S.A..

6.4

6.35 19.1 38.1 76.2

Grado B, x – 42 y x – 52 que corresponden a presiones de diseño de 1476, 1722 y 2193 kg/cm 2, respectivamente.

En fabrica de acuerdo con su espesor y diámetro según norma. En campo hasta 85% de la anterior.

Compañía Mexicana de concreto pretensado, S.A. de C.V (COMECOP).

Ingeniería y construcciones Hidráulicas, S.A.

750, 900, 1000 , 1100 , 1200 , 1300 , 1400 , 1500 , 1600 , 1700 , 1800 , 1900 , 2000 , 2100 , (serie normal y reforzada).

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De 18.3 , a 36.6 , m.c.a

2 – Ref. con cilindro SP – 3, awwa – C300

3- Presforzado con ó sin cilindro SP – 23,28 Y 31. SP – 5 Y 12, AWWA – C301

Con cilindro, 1406 – 1757 kg/cm2 en fabrica. Sin cilindro, 1.5 veces la de trabajo.

406.4 , 457.2 , 508 , 609.6 , 685.8 , 762 , 838.2 , 914.4 , 1066.8 , 1219.2 , 1371.6 , 2133.6 , 2286 , 2438.4 , 2590.8 , 2743.2 , 2895.6 , 3048 , 3200.4 , 3352.8 , 3505.2 , 3657.6

De 22.5 (diam. 24”), 19.7 (27”), 17.6 (30” a 42 “) kg / cm 2 de la S.P - 23.

C) Tipo Racta Presforzado

En fabrica 1.5 la de trabajo durante 3 min mínimo, para líneas de bombeo y 125 veces para líneas a gravedad

Los reyes, La paz, Edo de Mex. En fabrica presión mínima revenimiento, 3 veces la de trabajo. En obra 1.5 veces la de trabajo.

(Pie australiano)

5 PVC (Policloruro de vinilo)

Constructora General del Norte S.A.

COTSA - Plasto técnica, S.A. - Plásticos Omega, S.A. - Plásticos y conexiones, S.A. - Asbesto de México S.A. - Mexalit de Occidente, ,S.A. - Plásticos Rex. S.A.

6,19,12,15 Y 18 Atms., para diam. De 635 a 900; 6,9, y 12, para diams. De 1000 a 1800.

DGN – 12 – 1968

635 , 700 , 800 , 900 , 1000 , 1100 , 1200 , 1350 , 1500 , y 1800.

6

RD – 26, RD – 32.5, RD – 41 Y RD –64; 11.2,9,7 Y 4.5 kg/cm2. 25, 38 50, 60, 75 , 90, 100 , 125 , 150 , y 200.

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Tuberías para obras de abastecimiento de agua potable, factores por considerar para la selección de tuberías. a) Para seleccionar el tubo de tubería por usar en las obras de conducción y distribución de agua potable, se debe tomar en cuenta fundamentalmente el obtener la mejor solución posible de ingeniería, que dependerá de la calidad del estudio, de la planeación de las obras y del proyecto que se realice. b) Las tuberías que se utilizan en los sistemas de aprovisionamiento de agua potable, en las obras de conducción y distribución, tienen un costo de suministro del orden de 40 al 50 % del costo total de las obras del sistema, de acuerdo con esto se comprende la importancia de elegir correctamente el material y características de esos conductos en los proyectos. Para seleccionar las tuberías mas convenientes por utilizar se deben tomar en cuenta los siguientes factores: 1) Calidad del agua por conducir.- El agua por suministrar debe ser potable, en caso que no lo sea, el ingeniero debe poner especial atención principalmente a dos aspectos: Los contenidos de fierro y manganeso, minerales que causan más inconvenientes en la tubería. 2) Características topográficas de la conducción y zona de distribución. 3) Características del terreno por excavar. 4) Gasto por conducir y distribuir en general, para obras nuevas de abastecimiento, la capacidad de la línea de conducción se obtiene con el gasto máximo diario y la red de distribución se diseña con el gasto máximo horario. 5) Coeficientes de rugosidad por considerar. Se deberá tomar en cuenta los valores que se dan en las normas Mexicanas para obras de agua potable. 6) Costo de la tubería (material) y de su instalación, fletes y tiempos de entrega. 7) Diámetros disponibles en el mercado y clases. 8) Factibilidad de manejo e instalación: Las tuberías flexibles, principalmente las de material plástico, permite, por su ligereza, transportarse fácilmente en localidades y zonas de difícil acceso. 9) Características de resistencia mecánica ( presión hidráulica, aplastamiento, flexión, impacto, etc.). El ingeniero proyectista debe conocer y estudiar las normas de fabricación vigentes, los métodos de prueba, normas de uso y especificaciones de construcción a fin de comparar calidades de las tuberías por usar. 10) Resistencia a los efectos de erosión. 11) Resistencia a los efectos de corrosión, el uso de tuberías de acero obligada a su protección anticorrosiva ( interior y exterior ) y la protección catódica. 12) Características de las juntas por usar y facilidad de unión. Las uniones flexibles con juntas de hule son las mas recomendables. 13) Características disponibles y costos de piezas especiales. Analizando los factores anteriormente mencionados, se puede concluir que no existe en el mercado una tubería que cumpla con todos los requisitos o condiciones que se requieren satisfacer en los proyectos de conducción y redes de distribución. El ingeniero proyectista deberá estudiar con todo cuidado los datos que se obtienen en el estudio, principalmente los relativos a: fuentes de abastecimiento por utilizar con sus respectivos análisis físicoquímicos del agua y aforos; levantamientos topográficos de la conducción, incluyendo datos de geotecnia Pág.150

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( clase de terreno por excavar ). Respecto a la red de distribución, el proyectista debe tomar en cuenta que un buen diseño consiste en la adecuada localización de las tuberías principales y secundarias, así como la acertada elección de sus diámetros con el objeto de lograr un suministro adecuado, con presiones requeridas en todas las zonas por abastecer y , fundamentalmente, el costo más bajo posible. En resumen: la elección de la tubería deberá ser el resultado de un cuidadoso análisis de los factores enunciados y sus observaciones. Las especificaciones de estas tuberías están referidas a temperatura de 23 °C, puede usarse en medios con temperatura ambiente de -15 °C a 50 °C; sufre un a expansión térmica de 0.004 m/100 m/°C lo que obliga a dejarle serpenteando y no totalmente recto en la zanjas de alojamiento.

Tuberías de obras de abastecimiento de agua potable con incrustaciones provocadas por aguas procedentes de manantiales. De izquierda a derecha se muestran; PVC, diámetro de 75 mm; con 1.5 años de uso; asbesto cemento, de 75 mm, de diámetro con 3 años de uso; acero diámetro de 100 mm con más o menos de 6 años de uso.

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3.1.3.- METODO GRÁFICO PARA LA DETERMINACIÓN ECONÓMICOS EN CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD.

DE

LOS

DIÁMETROS

Dado que por lo general se manejaran en este tipo de proyectos, diámetros pequeños, se sugieren que el análisis del diámetro se lleve a cabo mediante un planteamiento grafico donde primeramente se determinara el diámetro teórico probable y este diámetro se transforma a diámetro comercial, y con este se procederá a calcular la perdida por fricción la cual se verificara mediante un planteamiento gráfico que se resume en lo siguiente : 1) Sobre el plano topográfico, del perfil de la línea de conducción. Se traza una longitud cualquiera, un polígono que represente la pérdida de carga por fricción para diferentes diámetros ( a criterios del proyectista ) apoyado en la escala horizontal y vertical en que esté dibujado el propio perfil. 2) Con un juego de escuadras, se llevan paralelas a los pendientes de los gradientes hidráulicos resultantes, hasta el perfil, de tal manera que se adopte aquel o aquellos que se juzgue, siguiendo aproximadamente la pendiente topográfica del terreno natural ( figura 3.1.4).

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( Figura 3.1.4.).- Método grafico para determinar el diámetro económico por gravedad

Finalmente se obtienen las clases de tuberías según las presiones de trabajo calculadas, enseguida se procede a localizar las válvulas de expulsión de aire, desagües y se diseñan los cruceros. Cuando las conducciones son muy largas y con desniveles topográficos grandes, es recomendable construir cajas rompedoras de presión, con lo cual se consigue romper la energía cinética del agua, de esta manera se elimina el exceso de presión y entonces se logra un mejor funcionamiento hidráulico de la línea Fig. 3.1.4.a y b

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(fig. 3.1.4.a ).- Conducción por gravedad trabajando a presión con cajas rompedoras de presión. Las acumulaciones de aire en los puntos más altos del perfil y próximos a la línea piezometrica pueden afectar la circulación del agua, para evitar esto, se debe instalar válvulas expulsoras de aire, las cuales se instalaran en las partes más altas de la línea de conducción( figura 3.1.3.c)

( Figura 3.1.4.b.).- Puntos donde se deberán instalar las válvulas expulsoras de aire. Los desagües se colocaran en las partes más bajas de la línea con el fin de limpiar la misma.

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(Figura 3.1.3.d).- Perfil de una línea de conducción por gravedad, donde se aprecia la colocación de los desagües.

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EJEMPLOS DE DISEÑO DE UNA LINEAS DE CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD. Ejemplo N° 1.- Diseñar el diámetro económico de la línea de conducción por gravedad, con los datos siguientes: DATOS: L = 3000 m Q = 120 l.p.s Tubería propuesta; Asbesto Cemento ( AC) n = 10 ( coeficiente de rugosidad de manning de tablas ) Calculo del diámetro teórico D = ( 3.21 Qn / S1/2 )3/8 La pendiente hidráulica:

S = Ht / L = ( 2500 – 2470 ) = 0.01 3000

D = ( 3.21 0.12 x 0.010 )0.375 = 0.295 m = 11 ½” (0.01)0.5 Diámetro Teórico = 11 ½ Pulgadas. Que agota todo el desnivel topográfico disponible de 30.0 m. En el mercado no existe este diámetro; Por lo tanto tomaremos un diámetro comercial inmediato superior que es de ( 12” ) desperdiciamos la capacidad del tubo, puesto que podemos conducir mayor gasto, pero se encarece el proyecto. Si tomamos un diámetro comercial inferior (10”) se disminuye el costo de la obra, pero el tubo no tiene la capacidad para llevar el gasto requerido, a menos que se cambie la posición del tanque para poder darle una pendiente hidráulica menor ; pero como esta planteado el problema, el tubo de 10” tampoco lo resuelve. Para ello hacemos una combinación de los diámetros comerciales en medida superior e inferior. Tomaron tubería de asbesto cemento de 304 mm (12 “) y diámetro y 25.4 mm. (10” ).

Determinación de los valores de K y de las longitudes. El valor de k lo podemos determinar con la formula K = 10.3 n2

D

o

bien por la (TABLA 3.1.2 )

16/3

Por tablas: n = 0.010 K1 = K12” = 0.58350

D = 12 “ (305 mm ) K2 = K10” = 1.54

Por formula = K12” =10.3 (0.010)2 (0.305)16/3

= 10.3 0.0001 = 0.5796 = 0.5800 0.001777 Pág.158

Abastecimiento de Agua

K2 = K10” = 10.3 (0.010)2 (0.254)16/3

= 10.3

0.0001 0.0006698

= 1.54

Calculo de la longitud L1 y L2, considerando que L1 = L12” y L2 = L10” L1 = L12” = H – K2LQ2 = 30 – (1.54 X 3000 X (O.12)2) = 30 – 66-53 = 36.53 = 2 2 Q (k1 – k2) (0.12) (0.5835 – 1.54) 0.013774 0.013774 L1 = L12” = 2652 m. L2 = L10” = H – K1LQ2 = 30 – (0.5835 x 3000 x (O.12)2) = 30 – 25.21 Q2 (k2 – k1) (0.12)2 (1.54 – 0.5835) 0.013774

= 4.29 = 0.013774

L2 = L10” = 348 m. Se requieren :

2652 m de tubería de 12” (305 mm) y 348 m de tubería de 10” (254 mm)

TOTAL

3000 m.

Para determinar el curso de la línea piezometrica, calculamos las pérdidas por fricción por cada tramo de tubería, con los respectivos diámetros. Hf12 = K12 L12Q2 = (0.5835)(2652)( 0.12)2 = 22.28 m Hf10” = K10 L10Q2 = (1.54)(348)(0.12)2 =

7.72 m 30.00 m.

En la (Figura 3.1.5.a.), se puede apreciar el trazo de la línea piezometrica en base a las perdidas de carga por fricción determinados. Las pendientes hidráulicas serán: S12 = perdida de carga = 22.28 = 0.0084 Longitud 2652 S10 = pérdida de carga Longitud

= 7.72 348

= 0.02218

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Figura 3.1.5.a- trazo de la línea piezométrica con los diámetros económicos determinados.

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Abastecimiento de Agua

Ejemplo 2.- Diseñar la línea de conducción por gravedad con los datos siguientes. Datos: H = 211.77 m. Q = 4.75 l.p.s. L = 544.4 m.

 3.2Qn 

D =  1/ n   s 

s

 3.2(0.000475 )(0.01)  D =  (0.3889 )1/ 2  

3/ 8

= 0.044 m = 1.74” = 2”

Utilizando A.C. Ф = 2” A.C.Ф2 = K1= 8046.88;

H 211.77   0.3889 L 544.5

Y y

utilizando Fo.Go. Ф = 1 ½” tenemos Fo.Go. Ф = 1 ½” ,

K2 = 75935.89

H - K1.L.Q2 211.77 - 8046.88 544.4 0.00475  L1 = 2 = = 73.71 m Q K 2  K1  0.00475 2 75999.85 - 8046.88  2

L2 = Lt _ L1 = 544.40 _ 73.71 = 470.79 m Cálculo de las pérdidas por fricción:

Hf1 = K1.L1.Q2 = 8046.88470.79 0.00475  = 85.48 m. 2

Hf 2 = K1.L1.Q2 = 75935.85 73.710.00475  = 126.29 m. 2

S1 =

Hf1 85.48 = = 0.1815 L1 470.79

S2 =

Hf 2 126.29 = = 1.7133 L2 73.71

V1 =

Q 0.00475 = = 2.42 mts/seg A 0.7850.052

. V2 =

Q 0.00475 = = 4.18 mts/seg. A 0.7850.038 2

Pág.161

Abastecimiento de Agua

Ø

Figura 3.1.5.b.-Proyecto definitivo de la línea de conducción por gravedad del ejemplo núm. 2

Pág.162

Abastecimiento de Agua

Ejemplo 3.- Diseñar la línea de conducción por gravedad con los datos siguientes. Datos: Q máx. diario = 40 l.p.s. Longitud = 4680 m. H = 145 m. Calculo del diámetro teórico.

D = 1.2 Q D = 1.2 40 = 7.6 " Se tomaran los diámetros comerciales de 8” y 6” de Asbesto – Cemento Calculo de las longitudes K K

8” 6”

= 5.07 = 23.79

H - K .L.Q2 145 - 23.79 4680 0.04  L1 = 2 2 = = 1106 m. Q K1 - K 2  0.04 2 5.07  23.79  2

H - K .L.Q2 145 - 5.074680 0.04  L2 = 2 1 = = 3574 m. Q K 2 - K1  0.04 2 23.79 - 5.07  2

Calculo De las perdidas de fricción

Hf 8" = K.L.Q2 = 5.071106 0.04 

2

= 9.00 m.

Hf 6" = K.L.Q2 = 23.79 3574 0.04 

2

= 136.0 m.

Calculo de las pendientes

S1 =

H f 9.00 = = 0.00813 L1 1106

S2 =

H f 136.0 = = 0.0381 L 2 3574.0

Calculo de las velocidades

V1 =

Q 0.040 = = 1.234 mts./seg. A 0.785 0.2035 2

V2 =

Q 0.04 = = 2.194 mts./seg. A 0.7850.1524 2

Pág.163

Abastecimiento de Agua

Figura 3.1.5.c.- Proyecto definitivo de la línea de conducción por gravedad ejemplo 3

Pág.164

Abastecimiento de Agua

TABLA 3.1.2. VALORES DE LA CONSTANTE DE MANNING “ K “ Para determinar las pérdidas de carga por fricción en la formula de Manning. H = KLQ2. PVC

A.C.

ACERO

Fo.Fo.

Fo.Go. n = 0.014

Concreto simple n = 0.012

Concreto áspero n= 0.016

n = 0.010

n = 0.011

n = 0.013

K 11,798,39 6.3

K K 1,4318442 19931217. .15 48

K 2,3138602 .52

K 16,953,03 5.5

K 30240549.83

1 1/4 0.032

1,261724. 66 292,631.5 8 77,943.93

1,558245. 06 361,403.5 1 96,261.68

2,632375. 19 610,529.8 2 162,616.8 2 65,413.53 13,593.75 4,055.94 1,626.17 337.21 104.82 40.18 8.57 2.60

3,055,975. 79 708,771.9 3 188,785.0 5 15,781.25 4,708.62 1,887.85 391.47 121.69 121.69 46.65 9.95 3.01

2,239,031. 77 519,298.2 5 138,317.7 6 55,639.10 11,562.5 3,449.88 1,383.18 286.82 89.16 34.18 7.29 2.21

3,993948.56

38,721.80 8,046.88 2,400.93 962.62 199.61 62.05 23.79 5.07 1.54

1,891074. 13 438,596.4 9 116,822.4 3 46,992.48 9,765.63 2,913.75 1,168.22 242.25 75.30 28.87 6.16 1.87

1 1/2 2 2 1/2 3 4 5 6 8 10

0.038 0.051 0.064 0.076 0.102 0.127 0.152 0.203 0.254

31,353.38 6,515.63 1,944.06 779.44 161.63 50.24 19.26 4.11 1.24

12

0.305

0.46854

0.58262

0.70225

0.97753

0.1.15

0.83146

1.48

14 16 18 20 24

0.356 0.406 0.457 0.508 0.610

0.20593 0.10208 0.05416 0.03088 0.01165

0.25432 0.12610 0.06688 0.03815 0.01439

0.30864 0.15300 0.08123 0.04630 0.01746

0.42963 0.21297 0.11299 0.06444 0.02430

0.49877 0.24725 0.13117 0.07481 0.02821

0.36543 0.18115 0.09610 0.05481 0.02067

0.65185 0.32313 0.17143 0.09778 0.03687

30

0.762

0.00355

0.00439

0.00533

0.00742

0.00861

0.00631

0.01125

36

0.914

0.00135

0.00166

0.00202

0.00281

0.00326

0.00239

0.00426

42

1.067

0.00059

0.00073

0.00088

0.00123

0.00143

0.00105

0.00187

48

1.219

0.00029

0.00036

0.00043

0.00061

0.00070

0.00051

0.00092

54

1.372

0.00015

0.00019

0.00023

0.00032

0.00037

0.00027

0.00049

n = 0.009 Diámetro Pulg. m. K 1/2 0.013 9,553,264. 6 3/4

0.019

1

0.025

926,315.79 246,728.97 99,248.12 20,625.00 6,153.85 2,467.29 511.63 159.04 60.97 13.00 3.94

Pág.165

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3.1.4 ACCESORIOS Y PIEZAS ESPECIALES 3.1.4.1. Dispositivos de alivio Un sistema hidráulico puede diseñarse con un factor de seguridad muy grande parar soportar las cargas máximas y mínimas debidas al golpe de ariete. Sin embargo, para un diseño óptimo de un sistema deberá tomarse en cuenta la instalación de uno o varios dispositivos de alivio. Los diferentes tipos de válvulas se describen a continuación. a ) Juntas Las juntas se utilizan para unir dos tuberías; las de metal pueden ser de varios tipos, por ejemplo, Giubault, Dresser, etc.

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b) Carretes Los carretes son tubos de pequeña longitud que se colocan sobre alguna por medio de una brida en uno de sus extremos. Se fabrican en longitudes de 40, 50 y 75 cm. Para materiales de PVC, las extremidades pueden ser campana o espiga.

r

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c) Extremidades Las extremidades son tubos de pequeña longitud que se colocan sobre alguna descarga por medio de una brida en unos de sus extremos. Se fabrican en longitudes de 40, 50, y 75 cm. Para materiales de PVC, las extremidades pueden ser campana o espiga.

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d) Tes Las tes se utilizan para unir tres conductos, donde las tres uniones pueden ser del mismo diámetro, o dos de igual diámetro y uno menor. En el segundo caso se llama te reducción. e) Cruces Las cruces se utilizan para unir cuatro productos, donde las cuatro uniones pueden ser del mismo diámetro, o dos mayores de igual diámetro y dos menores de igual diámetro. En el segundo se llama cruz reducción.

TEE y Cruz de fierro fundido

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f) Codos los codos tienen la función de unir conductos del mismo diámetro en un cambio de dirección ya sea horizontal o vertical. Los conductos pueden tener deflexiones de 22.5, 45 y 90 grados.

Codo de fierro fundido

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g) Reducciones Las reducciones se emplean para unir dos tubos de diferente diámetro.

Reducción de fierro fundido

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h) Coples. Los coples son pequeños tramos de tubo de PVC o de fibrocemento que se utilizan para unir las espigas de dos conductos del mismo diámetro. Los coples pueden ser también de reparación, los cuales pueden deslizar libremente sobre el tubo para facilitar la unión de los tubos en el caso de una reparación.

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Tapones y Tapas Los tapones y tapas se colocan en los extremos de un conducto con la función de evitar la salida de flujo. 3.1.4.2. Válvulas de no retorno (“check”) La válvula de no retorno, sirve para evitar la inversión de flujo en un conducto. En general, debe ser instalada en la tubería de descarga de los equipos de bombeo. Este tipo de válvula cierra normalmente de forma instantánea al presentase la inversión del flujo.

Fig. 3.6 Dibujo esquemático de una válvula de no retorno (check) 3.1.4.3. Válvulas de seguridad Esta válvula sirve para disminuir el incremento de presión asociado al golpe de ariete en el sistema. Al aumentar la presión dentro del conducto se general un fuerza tal que se supera la resistencia del resorte, la válvula abre totalmente en forma instantánea. Estas válvulas operan totalmente abiertas o totalmente cerradas.

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Fig. 3.7 Dibujo esquemático de una válvula de seguridad 3.1.4.4. Válvula aliviadora de presión o supresora de oscilaciones. Estas válvulas tienen un funcionamiento amortiguador de la sobrepresión provocada por el Golpe del ariete. Cuando la presión aumenta dentro del conducto produce fuerza F2 que abre la válvula (2) al vencer la resistencia del resorte, dando lugar a que circule el flujo a través de ella hacia la descarga y disminución de presión en la cámara (3) y la generación de una fuerza F1 en la válvula principal haciendo de esta manera que se inicie la apertura. Como consecuencia del volumen descargando por la válvula provoca la disminución de presión del conducto por lo que la válvula (2) cierra y se establece un nuevo equilibrio que inicia el cierra de la válvula.

Fig. 3.8 Dibujo esquemático de una válvula aliviadora de presión Pág.174

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3.1.4. Válvulas de Admisión y Expulsión de Aire Este tipo de válvulas funcionan admitiendo aire cuando por causa del golpe de ariete la presión de la sección donde está situada la válvula desciende por debajo de un límite prescrito. Expulsa aire en el llenado de la línea ( los efectos dentro de las tuberías se verán más adelante). 3.1.5. Instalación adecuada de las válvulas

Fig. 3.9 Ubicación de las válvulas para prevenir el golpe de ariete. 3.1.5.5.

El aire y el vacío dentro de las tuberías

Dos de los fenómenos menos considerados en el diseño de sistema de conducción y distribución de agua es el aire atrapado dentro de la tubería y el vacío. Muchos problemas de mal funcionamiento de las líneas se deben a esta causa. Las líneas deben ser bien ventiladas para que su funcionamiento sea óptimo. Cuando una línea de conducción es vaciada accidentalmente por una fuga a para realizar algún mantenimiento, se requiere el ingreso de aire a la tubería con el objeto de evitar el vacío y por consecuencia el colapso o aplastamiento del tubo. En el diseño de sistemas de conducción de agua, siempre considere la instalación de accesorios para el control del aire dentro de las tuberías. El costo de accesorios de control de aire presenta un mínimo porcentaje respecto al costo total de la conducción. Cuando no tiene accesorio de control en los sistemas de conducción, el aire atrapado, llega a Obstruir el flujo del agua reduciendo hasta un 10% o más debido a las bolsas de aire formadas en las partes altas de la tubería.

Pág.175

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En este apartado se explican estos problemas y posibles soluciones . 3.1.4.8.Explicación del fenómeno Cuando se tiene una línea nueva el aire es atrapado durante el llenado en puntos altos; en líneas funcionando regularmente, el aire disuelto en el agua se libera al haber cambios de presiones debidos a cambios en la velocidad del flujo. La literatura señala que a 20 ºC a presión atmosférica , el contenido en el aire es de 20 litros por m3, la solubilidad del aire en el agua está regida por la presión y la temperatura. En circunstancias ordinarias el agua contiene más del 2% del aire disuelto del volumen y a veces aún más. El origen del aire en las tuberías se debe a lo siguiente: 

“Cuando la bomba se pone en marcha, el aire es comprimido desde la bomba hacia la red”



“El bombeo mismo puede causar una acción vortex en puntos de aspiración. Esto dará como resultado una aspiración de aire que se introducirá al sistema pudiendo alcanzar hasta un 15% del volumen del agua bombeada.”



“Cuando ocurre un asalto hidráulico durante la transición de parcialmente lleno a sección totalmente llena”

sección con caudal

Problemas relacionados al de aire en las tuberías. a) Disminución del flujo: Al tener el aire dentro de las tuberías se formaran bolsas de aire en los puntos de variación de la pendiente. Cuando se tiene equipos de bombeo, se requerirá una mayor presión con menor eficacia de la bomba. En los conductos de gravedad, debido a que no existe presión para empujar el aire, se tendrán mayores problemas teniéndose en ocasiones cese de flujo.( ver figura 3.10 y 3.11)

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Fig.3.10 Cese del flujo debido a bolsas de aire en una tubería a presión

Fig. 3.11 Cese del flujo debido a bolsas de aire en una tubería a baja presión (gravedad) b) Cavitación: Dentro de la tubería, al reducirse la sección, aumenta la velocidad teniéndose una Caída local de presión y formación de burbujas de vapor; las cuales se colapsan cuando las condiciones de flujo vuelven a ser normales, provocando la erosión. La acción destructiva de la cavitación puede ser evitada suministrando aire a la tubería. c) Exactitud de medidas y contadores: La presencia del aire en el agua provoca un error en los medidores de flujo, ya que muchos medidores se basan en la velocidad del flujo. La velocidad del aire, a igualdad de presión y temperatura, es 29 veces superior a la del agua. Evacuando el aire en las proximidades de los medidores de garantiza la exactitud de las medidas.

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3.1.4.9. Accesorios para prevenir y controlar el aire y el vacío en las tuberías. Existen varias clasificaciones de las válvulas para controlar el aire, algunas se basan en el tamaño del orificio por lo que se clasifican como: válvulas de orificio grande. La siguiente clasificación se basa principalmente en el funcionamiento de las válvulas. Válvulas eliminadoras de aire o automáticas: Las cuales funcionan en los sistemas presurizados expulsando el aire que se libera en el agua al hacer cambios de presión en la tubería por cambios topográficos.

Fig. 3.12 Válvula eliminadora de aire.

Válvula de admisión y expulsión de aire: Las cuales funcionan para evacuar el aire durante el llenado de la tuberías para admitir aire en el vaciado, sea accidental o intercambiado ( figura 3.13 )

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Fig. 3.13. Válvula de admisión y expulsión de aire. Válvulas combinadas o de doble propósito: Los cuales combinan el funcionamiento de los dos tipos anteriores, por un lado admiten y expulsan el aire, en el llenado y el vaciado de la tubería y por otro evacuan el aire que se libera del agua.( figura 3.14).

Fig. 3.14 Válvula combinada o de doble propósito

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Cálculo del diámetro mínimo de las válvulas. La selección del diámetro de las válvulas para el control de aire se hace mediante las gráficas del funcionamiento de las válvulas publicadas regularmente por los fabricantes, en las cuales se entra con una presión diferencial ( máximo 5 PSI, - 0.35 kg/cm2 ) y el caudal del aire. También existen reglas de cálculo, entrando con el gasto de tubería ( o con la pendiente y el diámetro del conducto) se obtiene el diámetro necesario de válvula. Selección de válvulas de Admisión y Expulsión de Aire La referencia recomienda para seleccionar el diámetro de válvulas de admisión y expulsión de aire lo siguiente: 1. “ Para determinar el diámetro mínimo permisible de la válvula capaz de expulsar aire en pies cúbicos por segundo (PCS) no debe exceder la presión diferencial de 0.14 kg/cm2 (2 PSI)”. 2. “ El diámetro mínimo permisible de la válvula capaz de admitir aire en PCS se determinara tolerando una presión diferencial máxima de 0.35 kg/cm2 (PSI) a través del oficio de la válvula.” “En tramos de tubería operada por gravedad, donde dependiente sea mas pronunciada la velocidad del agua aumentará considerablemente. En tal caso el flujo equivalente será mayor y puede calcularse por medio de la fórmula siguiente:

Flujo en PCS = 0.086592

PD5

Donde: PSC = pies cúbicos por segundo P =Pendiente (m/m) D = Diámetro de tubería (pulgadas). 3.- Los diámetro se obtiene entrando a las gráficas de funcionamiento proporcionadas por los fabricantes para las presiones diferencias de 0.14 y 0.35 kg/cm2 (2 y 5 PSI) para expulsar y admitir aire respectivamente. Se seleccionará la válvula que dé el diámetro mayor de las dos. La cual se instalará en los puntos altos de la tubería.  Selección de Válvulas Eliminatorias de Aire No existen métodos para la selección del diámetro de este tipo de válvulas, todas las Recomendables están basadas en la experiencia, sin embargo como la cantidad del aire disuelto en el aire que se libera dependen directamente de la presión y temperatura del conducto, se da a continuación una guía aproximada para seleccionar la válvula según el tamaño del orificio necesario para eliminar el aire.

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Cuadro 6.13 Guía para seleccionar la válvula eliminadora de aire necesaria. Presión en PSI ( kg/cm2) 1 a 50 1 a 150 ( 0.07 a 3.5) ( 0.07 a 10.5 ) Diámetro máximo Gasto de la tubería máximo Pulg 6 10 16 48 96

mm 160 250 400 1,200 2,400

lps 50 140 330 3,150 9,500

1 a 300 ( 0.07 a 21.1 )

Diámetro Capacidad Diámetro Capacidad Diámetro Capacidad del del del orificio orificio orificio de salida de salida de salida Pug. PCM Pul. PCM Pul. PCM 3/32” 5 1/16” 6 0 0 1/8” 9 3/32” 14 1/16” 12 1/8” 9 1/8” 24 5/64” 18 5/16” 58 3/16” 54 3/32” 26 ½” 149 3/8” 220 7/32” 143

Además se recomienda instalar las válvulas en: (1) Puntos donde la tubería salga del suelo, por ejemplo la instalación de las válvulas de control. Si después de la válvula la tubería asciende, instalar una eliminatoria de aire, si Desciende y hay peligro de vaciado rápido, una válvula contaminadora. (2) En tuberías con pendiente uniforme se recomienda entre 400 y 800 m (3) En los quipos de bombeo, antes de la válvula de retención (check) se recomienda instalar Una válvula de admisión y expulsión de aire. (4) Se debe instalar una válvula combinada antes de los medidores (10 diámetros) para Evitar error en las mediciones y daños al equipo. (5) En el cruce de las carreteras, después del cruce una válvula combinada.

3.1.4.1 DISEÑO Y UBICACIÓN DE VÁLVULAS Entre otros los servicios que ofrecen las válvulas son: Regulación de flujo y presión, evitar el retroceso del flujo a través de las bombas, control del aire por medio de la admisión o eliminación, protección por sobré presiones en tuberías y bombas, y ayudar en la prevención de transitorios.

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Abastecimiento de Agua

Figura 3.16.- Válvula expulsora de aire instalada en la línea de conducción, existe una amplia variedad de tipos de válvulas para ser usadas con diferentes propósitos, las cuales se indican a continuación.

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Figura 3.17.- Válvula de seccionamiento tipo compuerta de vástago fijo

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Figura 3.18.- Válvula de seccionamiento tipo compuerta de vástago saliente

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3.1.4.2 PIEZAS ESPECIALES. Las conexiones de la tubería en las instalaciones, cambios de dirección, variación de diámetros, accesos a válvulas, etc., se denominan comúnmente como “piezas especiales” y pueden ser de fierro fundido, asbesto – cemento o PVC, dependiendo de que material sean los tubos. Las piezas especiales de fierro fundidos son las más empleadas y se fabrican para todos los diámetros de tuberías. Estas piezas se conectan entre sí o las válvulas por medio de bridas y tornillos y con un empaque de sellamiento intermedio, que puede ser de plomo, hule o plástico. La unión de estas piezas con las tuberías de asbesto cemento, se efectúa utilizando la “junta giubault”, que se muestra en la fig. 3.19 y que permite conectar por una de sus bocas una “extremidad” de fierro fundido y por otra una punta de tubería de asbesto cemento. El sellamiento se logra mediante la presión ejercida con las bridas y tornillos sobre barrillete y empaque de hule.

Figura 3.19.- Junta giubault La forma cóncava del barrilete permite efectuar deflexiones; su diámetro interior debe ser de 2 mm más grande que el de las tuberías, en medidas hasta de 200 mm (8”) y de 6 a 10 mm en las tuberías mayores. Pág.185

Abastecimiento de Agua

Las dimensiones de piezas especiales con brida de fierro fundido se ilustra en la ( Figura. 3.20)

Figura 3.20.- Bridas para unir piezas especiales de PVC con fierro.

Las piezas especiales de asbesto cemento se fabrican con segmentos de tubería de asbestocemento, clase A-5 y A-7 pegados con Epoxy, una resina con gran adherencia, pero cuya resistencia a los golpes es deducida. Por esta razón la producción en la fabrica se limita a conexiones para tuberías hasta de 150 mm. (6”) de diámetro, el manejo de piezas mayores es muy riesgoso pues durante el transporte se expone a golpes que pueden ocasionarles serios daños. Para uniones en tuberías hasta de 150 mm (6”) de diámetro y contando con operarios cuidadosos, estas piezas son de gran utilidad dada su ligereza y diseño que evita las uniones bridas y por su bajo costo.

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Figura 3.20.- Simbología de piezas especiales de asbesto – cemento.

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Figura 3.21.- Simbología de piezas especiales de PVC.

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figura 3.22. Piezas Especiales (junta giubault) instaladas en línea de conducción con tubería de asbesto cemento con su respectivo atraque de concreto armado

Válvula espulsora de aire instalada en la línea de conducción de asbesto cemento Pág.189

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LOCALIZACIÓN DE PIEZAS ESPECIALES. Una vez determinado el diámetro y efectuado el trazo definitivo, se procede a localizar en el perfil y planta las piezas especiales y dispositivos de la línea de conducción que correspondan. Cuando es necesario unir entre si varias tuberías, efectuar un cambio en la dirección, el diámetro o el material de la tubería se emplearan las denominadas “piezas especiales”, para equilibrar los empujes hidrostáticos en algunos casos estas piezas llevarán atraques de concreto simple. Como se verá posteriormente las tuberías empleadas en las líneas de conducción de la Republica Mexicana son las de P.V.C (policloruro de vinilo), en diámetros de 50, 60, 75 y 100 mm (2”, 2 ½”, 3”, 4”), y de A.C. (Asbesto cemento), en diámetros mayores; las piezas especiales utilizadas son fabricadas de P.V.C., para las tuberías de este material, mientras que para las tuberías de A.C., se usan piezas especiales de Fo. Fo. (Fierro Fundido), En algunos casos y a solicitud de los Ingenieros Residentes, se proyectan tuberías de A.C. para todos los diámetros requeridos de la línea de conducción , empleándose en este caso piezas especiales de Fo. Fo. únicamente. En caso de tener una topografía muy accidentada y terreno con material muy duro, se requiere instalar tubería de fierro galvanizado y se usan piezas especiales de Fo. Go. (Fierro Galvanizado). SIGNOS CONVECIONALES. Los símbolos empleados, de acuerdo con las Normas de proyectos de la Comisión Nacional del Agua, para tuberías, válvulas y piezas especiales son los siguientes:

Pág.190

Abastecimiento de Agua

Junta Universal G.P.B.

0

Válvula Valflex

00

Válvula reducción Válflex

00
78.73 mts.

COSTO DE INSTALACIÓN DE LA TUBERÍA DE A. C. CLASE A-10

DE ( 14" )

Pág.216

Abastecimiento de Agua

CONCEPTO

CANTIDAD

UNID AD

P.U.

IMPORTE

EXCAVACIÓN A MANO PARA ZANJA EN MA- TERIAL CLASE "A" EN SECO HASTA 2 MTS. DE PROFUNDIDAD.

0.468

M³ .

34.41

16.10

EXCAVACIÓN A MANO PARA ZANJA EN MA- TERIAL CLASE "B" EN SECO HASTA 2 MTS. DE PROFUNDIDAD.

0.702

M³ .

63.75

44.75

0.100

M³ .

174.55

17.45

0.700 0.700

M³ M³ .

29.47

20.63

13.69

9.58

0.0006

M³ .

2260.45

1.36

1.000

M.

675.80

675.80

1.000

M.

1574.8

1574.80

PLANTILLA APISONADA CON PISÓN DE MA- NO EN ZANJAS CON MATERIAL "A" Y/O "B" RELLENO APISONADO Y COMPACTADO CON AGUA, EN CAPAS DE 0.20 MTS. DE ESPESOR. RELLENO A VOLTEO CON PALA. ATRAQUE DE CONCRETO SIMPLE f´c = 100 KG/CM². INSTALACIÓN, JUNTEO Y PRUEBA A LA TUBERÍA DE A.C. CLASE A-10 DE 350 MM. ( 14 " ) Ø . ADQUISICIÓN DE TUBERÍA DE A.C. CLASE A-10 MM. ( 14" ). Costo por metro tubería de 14 “

$ 2,360.47

Costo total de instalación = (2500) ( 2,360.47 ) = $ 590 1175..00 Anualidades en 10 años al 10% anual = ( 0.16275) ( 5,901 175.00 ) = $ 960,416.23 El costo anual de bombeo para esta tubería de 35 mm. ( 14" ) de A.C. clase A-10 será : Costa anual de energía Costo anual de la tubería instalada Costo total anual para tubería de 14”

$1,944 293.10 $960,416.23 $ 2,904 709.30

RESUMEN. Costo anual de operación de la tubería : Pág.217

Abastecimiento de Agua

1) A.C. clase A-14 de 250 mm. ( 10" ) Ø.

$ 3,299 660.70

2) A.C. clase A-10 de 300 mm. ( 12" ) Ø.

$ 2,776 227.80

3) A.C. clase A-10 de 350 mm. ( 14" ) Ø.

$ 2,904 709.30

**

Como se puede ver, el diámetro más económico de bombeo es el de la tubería de 12” ( 300 mm) clase A-10 de 300 mm. ( 12" ) Ø. En el perfil de la conducción, se hará el trazo de los gradientes correspondientes a la línea piezometrica de trabajo normal y de presiones totales que incluye el 20% del golpe de ariete. EJEMPLO 3.9.- Diseñar el diámetro de la línea de conducción por bombeo de zapotalito. DATOS: Población de proyecto : 200 habitantes. Dotación : 50 lts./ trabajo. 1)

Cálculo de los gastos:

a) Gasto medio anual : Qm.a. =

pob.Proyecto x Dotación 200 x 50 = = 0.12 l.p.s. 86400 seg. 86400

Gasto máximo diario ( Q máx. diario ). Qmáx. diario = Qmáx. x 1.3 = 0.12 x 1.3 = 0.16 l.p.s. Gasto máximo horario ( Q máx. Horario ) : Q máx.H = Qmáx.d x 1.5 = 0.16 x 1.5 = 0.24 l.p.s. Cálculo del diámetro teórico de la línea de conducción. Diámetro de conducción = 1.5 ( Qmáximo diario)1/2 Dt = 1.5 (0.16)1/2 = 0.60

Pero como no existen bombas comerciales para un gasto de 0.16 l.p.s., proponemos bombear 1:28 horas diarias y obtendremos un gasto de 3.0 l.p.s., para este gasto, encontraremos bombas comerciales, con este gasto obtendremos el diámetro de conducción.

Pág.218

Abastecimiento de Agua

Q conducción =

24 Hrs. x 0.16 = 3.0 l.p.s. 1.28 Hrs.

D cond. = 1.5 3 = 2.60"  2 1/2". Proponemos utilizar tubería de PVC RD-26 de 2 1/2" ( 64 mm. ) de diámetro.  Cálculo de la potencia de la bomba. Presión normal aproximada: Carga total estática. Desnivel topográfico = 214.33 - 200.00 = 14.33 m. Cálculo de la pérdida de carga por fricción. L = 321.50 ;

K 64 = 1944.06 ;

Q = 0.003 m³/seg.

Hf = K.L.Q² = 1944.06 x 321.5 ( 0.003 )² = 5.63 m.  Pérdidas menores. H menores = 5% Hf

= 0.05 ( 5.63 )

= 0.28 m.

Cálculo de la carga dinámica total de bombeo : Desnivel topográfico 14.33 Nivel dinámico 25.00 Carga en el tanque 2.00 Pérdida total 5.91 Carga Total = 47.24 m.

Cálculo de la sobré presión o golpe de Ariete.

Pág.219

Abastecimiento de Agua

1 2/3 1/2 r s n

V=

A = 0.785 ( 0.064 ) 2 = 0.00317 m 2 P = 3.1416 x 0.064 = 0.19949 mts.

R=

A 0.00317 = = 0.01589 P 0.19949

R 2/3 = ( 0.01589 ) 10.666 = 0.06338

S=

Hf 5.91 = = 0.01838 L 321.50

S1/2 = ( 0.01838 )0.5 = 0.13558 V = 0.06338 x 0.13558/0.009 = 0.95 m/s. Ahi = Golpe de ariete

Hi =

145 V = Ka D 1+ Et e

145 ( 0.95) = 34.2 m ( 20738 ) (6.4 ) 1+ ( 28100 ) (0.31 )

El 20 % del golpe de ariete lo absorberá la tubería que equivale a 0.20 ( 34.20) = 6.84m f) Cálculo de la potencia de la bomba:

Pot =

Pot =

 Q Ht 76

si  = 75 %.

1000 ( 0.003) ( 47.24 ) = 2.48  5.0 H.P. 76(0.75)

Se propone una bomba de 5.0 H.P, para bombear durante un tiempo de 2 horas. Eficiencia del motor = 75%.

Pág.220

Abastecimiento de Agua

Carga total al momento del golpe de ariete = 6.75 + 5.63 = 12.38 m = 1.24 kg/cm2 Se usa tubería de PVC RD-64 que resiste una presión de 4.5 kg/cm2.

MÉTODO MECÁNICO. Ejemplo.

Pág.221

Abastecimiento de Agua

Determinar el diámetro más económico para una conducción con capacidad de 750 l.p.s y longitud de 2,000.00 m. El agua se bombeará de un cárcamo a un tanque regulador para una altura de impulsión de 55 m., la amortización de la obra se hará a 15 años, con interés del 18 %, utilizar la tabla de cálculo del diámetro más económico. DATOS Q = 750 L.P.S L = 2000 m Carga estática H = 55.00 m n = 15 años r = 8 años Eficiencia = 85 % Tipo de material tubería = Asbesto- cemento ( n) = 0.01 Determinación del diámetro teórico. Para determinar el diámetro de la conducción proponemos una velocidad en la tubería de 2.00 m/s. Q = A.V

, despejando el área, se tiene que:

A = Q/ v = 0.750 /2 = 0.375 m2 como el área de la sección transversal es : A = 0.785 D2

de donde D = (A/0.785)1/2 = ( 0.375/2 )1/2 = 0.691 m = 27. 20 “

Pero este es un diámetro teórico; el diámetro comercial más aproximado es Dc = 30 pulgadas. Por lo que se propone analizar tres diámetros, el inmediato inferior de 30 “, que es de 24 pulggadas, el inmediato superior que es de 36”. Naturalmente que al usar estos diámetros la velocidad será diferente a la supuesta en un principio.

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Abastecimiento de Agua

Figura 3.4.- tabla de cálculo método mecánico.

Pág.223

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3.2.2 PLANTA DE BOMBEO. Generalidades: Se conoce como planta de bombeo, al conjunto de estructuras utilizadas para capta Y elevar, por bombeo, en aguas superficiales o subterráneas destinadas al consumo Humano o para riego. El gasto necesario, se puede captar directamente del nivel Superficial del río o manantial por medio de una toma directa, con una galería Filtrante para el caso de aguas subálveas. La planta de bombeo consta principalmente de las siguientes estructuras:

A) Canal de llamada o canal alimentador. B) Cárcamo de bombeo. C) Equipo de bombeo. D) Tubería de solución y piezas especiales. E) Motor de acondicionamiento mecánico o eléctrico. F) Equipo eléctrico CRITERIOS GENERALES DE DISEÑO. El diseño de una planta de bombeo cubre tres aspectos principales: 1.- Hidráulico 2.- Estructural. 3.-Mecánico-eléctrico. HIDRAULICO. En el aspecto hidráulico se deberá conocer la “Ley de Demandas”; es decir la Cantidad de agua necesaria en relación al tiempo y tipo de uso. En la base de este dato y las condiciones topográficas del sitio de bombeo y Localización de la descarga, se calcularan las capacidades de los equipos de Bombeo eléctrico ; tamaño, tipo y piezas especiales de los conductos forzados (tuberías) en la succión y la descarga, así como la conveniencia de regular o almacenar el agua en la descarga de bombeo para su uso eficiente.

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Abastecimiento de Agua

Para definir estos elementos del sistema, se deberán tomar en cuenta los costos De inversión inicial de operación (energía eléctrica, reparaciones y refacciones de los equipos de bombeo eléctrico). El cálculo de la capacidad de los equipos de bombeo y eléctrico se encuentra en la selección Del conjunto (bomba-motor) que sea capaz de elevar el agua hasta el sitio de descarga con la eficacia requerida. Se dice que el conjunto representa:

bomba-motor debe ser capaz de vencer la carga dinámica, que se

* El desnivel topográfico de los sitios de succión y descarga hidráulica (carga estática ). * Carga necesaria para vencer las pérdidas de fricción en las tuberías de succión y descarga. * Carga necesaria para vencer las pérdidas provocadas por piezas especiales y conexiones de tubería. 

Carga necesaria que se requiere presión en la descarga.



Carga necesaria para renovar las pérdidas debido a las condiciones climáticas (temperatura del agua) y localización del sistema de bombeo (altura sobre el nivel del mar).

2.- Estructural. Dependiendo del tipo de localización de la capacitación , del número equipos de bombeo y eléctrico, se dimensionará el cárcamo del bombeo.

y disposición

de los

Conocidas como las dimensiones, se procede a la estructuración para lograr la seguridad Y funcionalidad al sistema, tomando en cuenta las condiciones de trabajo del Equipo (vibraciones, reparaciones, etc.) y de la cimentación. 3.- Mecánico- Eléctrico: Deberá tomarse en cuenta en el diseño, la magnitud, localización y tipo de los equipos de bombeo e eléctrico, para prever los espacios y los apoyos convenientes que eviten prematuros y/o accidentes.

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Abastecimiento de Agua

Aspectos constructivos: La diversidad de elementos que se mantengan en este tipo de obras, obliga a Considerar una coordinación efectiva en el suministro de los equipos de bombeo, Eléctrico y materiales para la obra civil, a fin de evitar suspensiones y repeticiones de trabajo que pedieran ocurrir. Respecto a la mano de obra. Esta deberá ser cuidadosamente instruida para garantizar un trabajo bien realizado, ya que por Sus características, base de elementos estructurales en la obra civil, requiere en buena medida mano de obra calificada. Para la instalación y puesta en marcha de los equipos de bombeo y eléctrico se requiere personal especializado. Es muy importante mantener vigente un programa de obra, aun para plantas de bombeo pequeñas que pueden reducirse a una motobomba y capacitación directa, ya que con su ayuda podrá lograrse la coordinación necesaria, para su construcción e instalación. Es recomendable que todas las piezas de los elementos del sistema de bombeo se vayan probando los más pronto posible; inclusive las que requiere revisión previa y reparación para su instalación, como es al caso de las motobombas sumergibles. Por lo anterior es conveniente que el personal técnico encargado de la obra conozca las especificaciones del proyecto y las proporcionadas por el fabricante.

Operación y conservación . Una buena operación no sólo será posible, si se logra una buena organización para dicho propósito. Por lo tanto, invariablemente, existirá un responsable de la operación y conservación del sistema, que permanecerá en el tiempo necesario en las instalaciones, durante afuera del periodo del funcionamiento de la bomba, para detectar cualquier anomalía que se presente. Esta persona responsable deberá estar debidamente instruida para ser capaz de detectar anomalías y reparar pequeños daños, como aflojamientos desperfectos en conexiones o piezas especiales, tanto hidráulicas como eléctricas. Asimismo deberá ser capaz de conocer los riesgos y peligros que implica el contacto con piezas, equipos o partes en funcionamiento, particularmente las eléctricas. Siempre debe evitarse tocar ningún elemento dispositivo, hasta asegurarse de que Se ha cortado el suministro de corriente eléctrica.

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Figura 3.24.- 2Equipo de bombeo tipo vertical para pozo profundo.

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3.2.3. ESTUDIOS AUXILIARES. Equipos de bombeo: Dentro del diseño de sistemas de conducción de agua potable es común la instalación de equipos de bombeo, una correcta selección de la bomba permite tener eficiencias altas en el equipo por lo tanto consumos menores de energía y costos anuales más bajos. En el mercado existen varios tipos de bombas: centrífugas, de flujo axial y flujo mixto entre otras. En los rebombeos regularmente se utilizan bombas centrífugas y en pozos profundos las de flujo axial ( vertical sumergible). 3.2.1. Definiciones Las siguientes definiciones fueron tomadas de la norma NOM-101-SCFI-1994, publicada en el Diario Oficial de la Federación del viernes 13 de enero de 1995 ( paginas 20-28). Bomba Centrífuga: Es aquella que suministra energía al fluido de trabajo para que éste aumente su velocidad dentro de la carcaza a valores mayores que los que ocurren en la válvula de descarga, de tal forma que las subsecuentes reducciones de velocidad producen un incremento en la presión. Carga: La carga en una red hidráulica es la presión a la que se encuentra el fluido de trabajo. Caudal o Gasto: Es el volumen del fluido de trabajo que fluye por unidad de tiempo. En una bomba se refiere a la cantidad de agua que es capaz de entregar para una condición de carga dada. Eficiencia: Es la razón de la potencia en el agua a la salida de la bomba entre la potencia de entrada a la flecha de la bomba. 3.2.2. Relación hidráulica de un equipo de bombeo. Cuando se va utilizar un equipo de bombeo en el diseño de tubería también son aplicables las relaciones de pérdidas mencionadas en los primeros apartados de este capítulo. Al hacer el análisis de una línea de bombeo se usa la relación propuesta por Bernoulli ( ecuación 3.2), para ello nos remitimos a la siguiente figura: Figura 3.2.3. Esquema hidráulico de una línea de conducción con equipo de bombeo.

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Abastecimiento de Agua

Al aplicar la ecuación de Bernoulli entre las superficies libres del agua (SLA) s y d tenemos:

Vs 2 Pd Vd 2 Zs    HB  Zb    ht s d -----------------------( 1)  2g  2g Ps

Siendo: HB = Carga de bombeo (m) Hts-d = Pérdidas de carga en la succión y la descarga (m) ht

s-d

= Pérdidas de carga en la succión (m)

hfd = Pérdidas de carga en la descarga (m) hfs

= Pérdidas de carga por fricción en la succión (m)

hd

= Pérdidas de carga por fricción en la descarga (m)

hx s = Pérdidas de cargas locales (por conexiones) en la succión (m) hx d = Pérdidas de cargas locales (por conexiones) en la descarga (m) La carga por presión hp = P/γ se elimina en ambos miembros de la ecuación por estar expuestos a la presión atmosférica. La carga por velocidad hv = V2/2g en el cárcamo de bombeo tiende a cero, en la descarga si la tubería esta ahogada (figura anterior) la hv también tiende a cero, si la descarga es libre es necesario calcular el valor de hv. La diferencia entre las cargas por posición Az = Zd – Zs es el desnivel entre las SLA de los tanques, o entre la SLA del cárcamo y la altura de la tubería cuando la descarga es libre. La ecuación anterior queda de la siguiente manera, al despejar para la carga de bombeo (HB) en ambos casos: Descarga ahogada:

HB  z  ht s d

------------ ( 2 )

Descarga libre:

HB  z  hvd  ht s d -------( 3)

Donde: Pág.229

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HB = Carga de bombeo (m) ΔZ = Desnivel entre la SLA del cárcamo y la SLA del tanque o el nivel de la tubería de descarga (m) ΔZ = Zd - Zs hv d = Carga por velocidad de la tubería de descarga (m) hf

sd

= Pérdidas de carga por fricción y locales entre la succión y la descarga (m)

De la figura 3.2.3. podemos obtener las siguientes relaciones, tomando los valores por abajo del eje de la bomba (ojo del impulsor), como negativos y por arriba como positivos: HB = HBd - HBs

__--------------------------------

HB d = Hd + hv + hf

d

HB s = - H s – hf

d

(4)

--------------------(5) ---------------------(6)

La carga por bombeo queda: HB = (H d + H s) + hv d +(hf +hf d) ----------------( 7) Donde: (H d + H s) = H = AZ = Desnivel entre la SLA del cárcamo y la SLA del tanque en descarga ahogada, o a la altura de la tubería en descarga libre (m) hV d = Carga por velocidad en la descarga (m) (hv d = 0 para descarga ahogada) (hf s + hf d ) = ht s-d = Pérdidas de carga en la succión y la descarga (m) Por lo que la fórmula (7) es igual a las fórmulas (2) y (3) Carga Neta Positiva de Succión (CNPS) [Net Positive Suction Head - NPSH] la carga absoluta total de succión (CNPS) puede ser definida como la carga absoluta total de succión a la entrada de la bomba menos la presión de vapor del agua. La habitación ocurre cuando el CNPS disponible en la entrada es determinado por los fabricantes de bombas mediante pruebas a cada modelo. En la siguiente figura se muestra los dos caos de posición del tanque en la succión.

Figura 3.2.4. Posición del tanque en la succión. Pág.230

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hs = Carga de succión positiva hs- = Carga de succión negativa (Carga de levantamiento)

El CNPS disponible puede ser calculada por las siguientes ecuaciones a) Para carga de succión positiva (hs) CNPS

disp.

= hs – hf s +Padm. - Pv

Donde: CNPS

disp.

= Carga Neta Positiva de Succión disponible (m)

Hs

= Carga de succión positiva (m)

hfs

= Pérdidas de carga por fricción y locales en la descarga (m)

P

atrn

= Presión atmosférica (m)

P

bar

gs Pv

= Presión manométrica (m) ( Figura 3.25 y 3.27 ) = Gravedad específica (adim) (cuadro 3.26.) = Presión de vapor (m)

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Cuadro 3.25.- presiones barométricas

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Figura 3.26.- Presión de vapor y gravedad especifica.

a) Para carga de succión negativa (hs) Donde: CNPS 0 Carga Neta Positiva de Succión disponible (m) Hl = Carga de succión negativa (m) Hf = Perdidas de carga por fricción y locales en la succión (m). Patm = Presión atmosférica (m) =Pbar /gs Pbar = Presión manométrica (m) ( Figura 3.25 y 3.27) Gs = Gravedad especifica (adim9) cuadro 3.26) Pv = Presión de vapor (m). La CNPS disp. Debe ser menor a la CNPS disp. Ya que de no ser así se presentará cavitación en el equipo de bombeo, dando como resultado una disminución en la carga de bombeo, hasta la destrucción del equipo de un corto periodo de tiempo

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Curvas características de las bombas Las curvas características describen el funcionamiento de las bombas, dichas curvas consisten en: (1) Curva de Carga vs Descarga (H vs Q): La cual describe la gama de gastos de funcionamiento de la bomba y las cargas asociadas a ellos. Se utilizan para seleccionar la bomba cuyas características se adapten al flujo y cargas necesarias a la máxima eficiencia. (II) Curva de Eficiencia VS Descarga (ŋ vs Q): Describe las eficiencias asociadas a diferentes relaciones de H y Q. Las bombas tienen un punto de eficiencia máxima por lo que al seleccionar el equipo se debe buscar la relación H - Q - ŋ idónea. Las eficiencias de las bombas son obtenidas en laboratorio. (III) Curva de Potencia vs Descarga (BHP vs q ): Describe la potencia aL freno en caballos de potencia (Horse power) asociados a diferentes relaciones de H y Q. (IV) Curva de Carga Neta Positiva de Succión requerida vs Descarga (CNPS vs Q). Muestra la carga en la boquilla de succión de la bomba, necesaria para vencer la suma de todas las pérdidas en la succión de la bomba hasta que el fluido entra en el impulsor. Es mínima a bajo flujo y se incrementa conforme aumenta el flujo. La siguiente figura muestra esquemáticamente las curvas características de una bomba.

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Motores Los motores más comunes en los equipos de bombeo son: eléctricos (monofásicos o trifásicos) y de combustión interna (diesel, gasolina o gas). Actualmente los motores eléctricos se usan con mayor frecuencia solo en los lugares donde no se dispone de electricidad se usan motores de combustión interna. Las eficiencias asociadas a los motores eléctricos se muestran en el cuadro 8.19., en el cuadro 6.20. muestra la capacidad de los motores y los fusibles necesarios según su potencia. Eficiencia en motores típicos (%) 60 ciclos

Figura 3.27.- Eficiencia de motores y Tamaño de los fusibles

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Cuadro 3.28. Capacidad de corriente de conductores de cobre aislados (amperes)

Equipos de pozo profundo. La extracción del agua del subsuelo requiere de otro tratamiento para la selección del equipo que va operar. Los principales factores que influyen en la selección del equipo son de entre otros: La capacidad de conducción de agua del acuífero (conductividad hidráulica –K-): la cual determina el gasto que se puede extraer y depende del estrato o estratos del suelo que se encuentran en la excavación del pozo. El nivel estático (NE) y el nivel dinámico (ND) o nivel de bombeo (NB): Los cuales varían de región en región y dependen del tipo de suelo, de la recarga del acuífero y de la intensidad de bombeo que se tenga a nivel regional. El nivel estático, es la profundidad de la superficie del suelo al espejo de agua en un pozo excavado que se tiene antes de iniciar la extracción de agua con el equipo de bombeo. El nivel dinámico se define como la profundidad a la que llega el agua después de iniciada la extracción y posterior estabilización de la extracción. La diferencia entre el ND y el NE se denomina abatimiento .

La prueba de aforo: La cual se utiliza para conocer las producción real del pozo excavado y se realiza regularmente con un equipo de bombeo accionado por un motor de combustión interna. La prueba consiste en medir la profundidad del nivel estático y las diferentes profundidad es del nivel dinámico y gastos obtenidos al variar las revoluciones del motor. Con estos datos se forma la curva característica del aprovechamiento graficando gasto VS ND poniendo en el eje de las ordenadas (y) la profundidad del nivel dinámico y en el de las abscisas (x) el gasto.

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- La disponibilidad de energía eléctrica: Que influye en el tipo de motor a usar ya sea de combustión interna o eléctrico. Cuando la fuente de agua se encuentra alejada de los centros de población por lo que la disponibilidad de energía eléctrica se hace difícil, para estos casos se requieren motores de combustión interna. - El aspecto económico: Referente a la capacidad de crédito, las tasas de interés, el presupuesto destinado a la obra, y la relación costo beneficio del equipo seleccionado. En este último aspecto es el más importante ya que se deben analizar los costos iniciales ( costo de la bomba, el motor, el tendido de cables, la perforación del pozo, la tubería de conducción y todas las obras civiles inherentes al sistema de agua potable); los costos fijos ( como el mantenimiento, reparación y ampliaciones a futuro) y los costos variables ( sueldos del personal, costo de la energía eléctrica, costo del combustible, tasas de interés cuando se tiene un crédito).

Figura 3.29.Múltiple de descarga con su caseta de control eléctrico, ramal eléctrico y plataforma de bombeo. Pág.237

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Figura 3.30. Ramal eléctrico, transformador y caseta de bombeo.

Figura 3.33. Múltiple de descarga

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CABEZAL DE DESCARGA DE EQUIPO DE BOMBEO A TUBERIA DE PVC HIDRAULIZA DURALON

Figura 3.34.-

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Suministro y colocación de equipo de bombeo.

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